Что общего между арбузами и бактериями? Как показало исследование Nature Communications, микробам, как и вкусным фруктам, можно придавать необычные формы. В статье, подготовленной исследователями из Окинавского института науки и технологий (OIST), структура бактериальных клеток изменена с простых палочек на сложные формы, не встречающиеся в природе, показывая, насколько устойчивыми могут быть эти формы жизни.
Исследование сосредоточено на белке FtsZ, основном регуляторе клеточного деления у бактерий. В начале процесса деления FtsZ действует как каркасный белок, вокруг которого собираются другие белки клеточного деления. В ходе этого процесса тысячи молекул FtsZ собираются вместе в середине клетки и образуют множественные комплексы в кольцеобразной структуре, известной как Z-кольцо..
У модельной бактерии Escherichia coli Z-кольца образуются в месте клеточного деления. Но д-р Билл Сёдерстрём из отдела структурной клеточной биологии задался вопросом, будет ли это так всегда и при любых обстоятельствах: «Это кольцо формируется по окружности в середине клетки, но я хотел знать, насколько важна сама форма клетки в его создании. клетка не была стержнеобразной, будет ли Z-кольцо круглым?"
В сущности, д-р Сёдерстрём задавался вопросом, может ли он возвести квадрат в квадрат. Вдохновленный наблюдением за тем, как арбузы превращаются в коробки, его первым шагом было посмотреть, сможет ли он превратить палочковидные бактериальные клетки в кубы. Технология уже существовала: в предыдущих исследованиях, проведенных в OIST, использовалась микроразмерная рамка, которая успешно использовалась для размещения бактериальных клеток в вертикальном положении, а не в плоском виде на поверхности агарозной подушки - подобно тому, как яйца сидят вертикально в коробке для яиц..
Эти рамки были сконструированы доктором Александром Бадрутдиновым в лаборатории микропроизводства OIST, поэтому доктор Седерстрём спросил, можно ли изменить конструкцию, чтобы использовать квадратную форму. После одной простой модификации команда поместила растущие бактериальные клетки в их новые квадратные дома. Затем команда добавила химические вещества, которые снизили структурную целостность клеток, облегчив им неправильную форму форм.
Так же, как арбузы, бактерии адаптировались к своей новой среде и превратились в коробки, а Z-кольца теперь стали Z-квадратами. Оттуда открылись возможности: какие еще формы можно было придать кольцам? Были сконструированы новые каркасы из наноматериалов. Образовались сердца, треугольники, пятиугольники, кресты, полумесяцы и даже звезды, и в каждом из них поселились бактерии. Каждая форма успешно сформировала бактерии и их Z-кольца.
"На самом деле, мы закончили тем, что сделали эти дополнительные формы для развлечения," рассмеялся д-р Сёдерстрём, "но в основе этого лежит очень фундаментальная наука."
Простота обманчива. Наблюдения доктора Сёдерстрема говорят нам об очень фундаментальной биологии, лежащей в основе формирования этих клеточных структур. Исследование показывает, что эти клетки могут справляться с ростом и формированием колец деления в очень строгих условиях. Это простая наука, но она может иметь большое значение для будущих исследований.
Многие антибиотики нацелены на клеточные функции, тесно связанные с клеточным делением и каркасом, поддерживаемым FtsZ. При поиске подходов к разработке новых антибиотиков нужно искать что-то еще, кроме формы клеток. «Наше исследование показывает, что Z-кольцо невероятно прочное - геометрия не является препятствием для формирования кольца», - сказал доктор. Седерстрём.
Хотя формы, которые могут принимать бактерии, могут показаться удивительными, неудивительно, насколько адаптируема эта форма микрожизни, и в эпоху устойчивости к антибиотикам это своевременное напоминание о том, с какой устойчивостью сталкиваются ученые. в поиске способов борьбы с ними.