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 было бы нацеливание на механизм деления клеток. Однако для этого требуется более подробная картина структуры 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 в E. кишечная палочка. Их исследование недавно было опубликовано в «Молекулярной микробиологии».
В конечном итоге это исследование может помочь определить новые способы борьбы с бактериями с помощью антибиотиков. «Если мы сможем лучше понять механизмы деления бактериальных клеток, тогда мы сможем попытаться создать лекарства, которые нарушают эти механизмы», – говорит Билл Содерстром, ведущий автор статьи.
Большинство бактериальных клеток реплицируются посредством бинарного деления, процесса, в котором материнская клетка сжимается и разделяется на две идентичные дочерние клетки. Во время деления клетки внутри клетки собирается большая молекулярная машина, называемая “ дивисома ”.
Исследователи выявили пространственную организацию двух ключевых белков E. coli divisome, ‘FtsZ’ и ‘FtsN’.
В течение долгого времени клеточные биологи предполагали, что все белки в дивизоме сгруппированы вместе в один большой суперкомплекс.
Обычная флуоресцентная микроскопия имеет относительно низкую разрешающую способность, а это означает, что смежные объекты, расположенные очень близко друг к другу, иногда выглядят как единое целое. Однако, используя передовую технику визуализации, доступную в OIST, называемую наноскопией стимулированного истощения выбросов (STED) со сверхвысоким разрешением, исследователи смогли визуализировать механизм разделения в наномасштабе. «С лучшим разрешением мы смогли увидеть разницу между двумя белковыми кольцами и сделать выводы о процессе деления клеток», – говорит Содерстром.
Используя два флуоресцентных цвета, чтобы обозначить FtsZ и FtsN зеленым и красным цветом соответственно, исследователи обнаружили, что оба белка локализованы в больших скоплениях, которые неравномерно распределены по участку деления. В начале процесса деления два белка образуют неперекрывающиеся пятнистые кольца.
По мере деления клетки зеленое кольцо, образованное FtsZ, перемещается внутри красного кольца, образованного FtsN. Обнаружение того, 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.
Имея более подробную картину механизма деления клеток, биологи могут разработать новые антибиотики для предотвращения деления и размножения бактериальных клеток. «Следующим шагом будет рассмотрение гораздо большего числа пар белков деления клеток и выяснение, на какие из них мы должны воздействовать лекарствами», – говорит Содерстром.