Представьте, что вы пытаетесь победить армию захватчиков, численность населения которых может удваиваться каждые двадцать минут. Это то, с чем сталкивается человеческий организм, когда он заражается вредным штаммом кишечной палочки (E. coli), типом бактерий, которые могут быстро размножаться и вызывать множество неприятных и потенциально опасных заболеваний, таких как диарея, респираторные заболевания. и пневмония.
С ростом устойчивости к антибиотикам во всем мире ученые отчаянно ищут новые способы борьбы с бактериальными инфекциями с помощью лекарств. Одним из эффективных методов предотвращения деления и размножения бактериальных клеток является воздействие на механизм клеточного деления. Однако для этого требуется более детальное представление о структуре и организации самого механизма.
Исследователи из отдела структурной клеточной биологии Окинавского института науки и технологий (OIST) в сотрудничестве с исследователями из Стокгольмского университета пролили свет на механизм деления клеток E. coli. Их исследование было недавно опубликовано в Molecular Microbiology.
В долгосрочной перспективе это исследование может помочь определить новые способы борьбы с бактериями с помощью антибиотиков. «Если мы сможем лучше понять механизмы деления бактериальных клеток, то сможем попытаться создать лекарства, которые разрушат эти механизмы», - говорит Билл Седерстрём, ведущий автор статьи.
Большинство бактериальных клеток размножаются путем бинарного деления, процесса, при котором материнская клетка сжимается и разделяется на две идентичные дочерние клетки. Во время клеточного деления внутри клетки собирается большая молекулярная машина, называемая «дивисомой». Исследователи выявили пространственную организацию двух ключевых белков дивисомы E. coli, FtsZ и FtsN.
Долгое время клеточные биологи предполагали, что все белки дивисомы сгруппированы вместе в один большой суперкомплекс. Обычная флуоресцентная микроскопия имеет относительно низкую разрешающую способность, а это означает, что соседние объекты, расположенные очень близко друг к другу, иногда выглядят как единое целое. Тем не менее, используя передовую технику визуализации, доступную в OIST, называемую наноскопией со стимулированной эмиссией (STED) сверхвысокого разрешения, исследователи смогли визуализировать механизм деления в наномасштабе. «С лучшим разрешением мы смогли увидеть разницу между двумя белковыми кольцами и сделать выводы о процессе клеточного деления», - говорит Седерстрём.
Используя два флуоресцентных цвета для обозначения FtsZ и FtsN зеленым и красным соответственно, исследователи обнаружили, что оба белка локализованы в больших сборках, которые неравномерно распределены вокруг места деления. В начале процесса деления два белка образуют неперекрывающиеся пятнистые кольца. По мере деления клеток зеленое кольцо, образованное FtsZ, перемещается внутрь красного кольца, образованного FtsN. Тот факт, что эти белки не всегда перекрываются, а разделены на несколько групп, предполагает, что дивисома не работает как единая молекулярная машина. Скорее, каждая группа белков играет определенную роль.
С более детальной картиной механизма клеточного деления биологи могут разработать новые антибиотики для предотвращения деления и размножения бактериальных клеток. «Следующий шаг - изучить еще много пар белков клеточного деления и выяснить, на какие из них мы должны нацеливаться с помощью лекарств», - говорит Седерстрем.