Как сообщалось в журнале Cell за февраль. 8 ноября 2018 года биологи Хавьер Лопес-Гарридо, Кит Польяно и их коллеги из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Имперского колледжа в Лондоне обнаружили, что ДНК выполняет неожиданную архитектурную роль в формировании клеток бактерий.
Изучая бактерию Bacillus subtilis, исследователи использовали ряд экспериментов и технологий, чтобы выявить, что ДНК, помимо того, что служит для кодирования генетической информации, также "накачивает" бактериальные клетки.
«Наше исследование показывает, что ДНК действует как воздух в воздушном шаре, раздувая клетку», – сказал Лопес-Гарридо, младший научный сотрудник Отделения биологических наук Калифорнийского университета в Сан-Диего и первый автор исследования. "ДНК наиболее известна как молекула с генетической информацией, но становится все более очевидным, что она делает другие вещи, не связанные с этим."
Исследователи говорят, что результаты могут иметь отношение к клеткам человека с точки зрения того, как они генерируются и формируются, а также помогают в объяснении основных механических процессов и структуры ядра и митохондрий. Результаты также могут позволить ученым заглянуть в истоки самой клеточной жизни.
По словам Лопес-Гарридо, современные бактериальные клетки разработали множество механизмов для контроля своего внутреннего давления. Однако эти механизмы отсутствовали в примитивных клетках на заре жизни на Земле.
Открытие того, что ДНК может раздувать клетку, может позволить ученым лучше понять физиологию первых клеток на планете.
«Биологи склонны думать о росте клеток как о нормальных биосинтетических путях, но мы обнаружили путь, который не является нормальным, поскольку он не зависит от процессов, обычно требуемых для роста», – сказал Польяно, профессор Секции молекулярной биологии и биологии. старший автор статьи. "Все, что вам нужно для роста этой клетки, – это наполнить ее ДНК и связанными с ней положительно заряженными ионами, а также способность создавать больше мембран, чтобы клетка могла стать больше. Больше ничего не требуется."
Исследователи использовали цейтраферную флуоресцентную микроскопию, чтобы методично отслеживать формирование клеток в Bacillus subtilis с помощью процесса, известного как споруляция.
Во время этого процесса клетки разделяются на материнскую клетку и меньшую клетку, или предспору. Также используя криоэлектронную томографию для получения очень крупных планов развертывания процесса, исследователи стали свидетелями того, как материнские клетки наполняют предспору ДНК в процессе растяжения и набухания, что в конечном итоге приводит к новой яйцевидной клетке.
«Удивительно, как мы только начинаем понимать, как физика влияет на живые организмы», – сказал Поляно. "Это уникальный пример очень простого биофизического свойства, влияющего на форму клетки, и он иллюстрирует ценность тесного сотрудничества физиков с биологами.
Понимание того, как пересекаются физика и биология, – огромная область для будущего роста."
Соавторы исследования: Никола Ойкич и Роберт Эндрес из Имперского колледжа; и Каника Ханна, Феликс Вагнер и Элизабет Вилла из Калифорнийского университета в Сан-Диего.