新的研究揭示细菌细胞如何组织自己部门之前

内的细菌生活在地球上几乎每一个栖息地包括土壤、水、酸性温泉,甚至在我们自己的勇气。

许多参与基本流程如发酵,分解和固氮。但是科学家不明白一个细菌细胞内基本过程:他们如何组织自己部门之前。

开车和冲浪

当细胞分裂细胞分裂成两个子细胞与相同的遗传物质与原始细胞。

在这个过程中,DNA复制和其他细胞组件,然后这个“货物”运送到细胞的两极。

一切就绪后,细胞分裂中间两个完全相同的子细胞。

真核生物(细胞类型中发现的动物,植物,真菌,和一些单细胞生物)船移动货物是众所周知的。蛋白马达驱动器沿着“高速公路”由蛋白质构成的肌动蛋白丝和微管将DNA细胞和细胞器的两端。

细菌没有微管和肌动蛋白丝,但仍设法协调细胞内的运动。

作为一名学生,安东尼Vecchiarelli博士。它惊人的发现,“我们不知道事情如何发展细胞整个域内的生活。”

现在一个附属教员在密歇根大学医学院生物化学和密歇根大学的助理教授的分子、细胞和发育生物学,Vecchiarelli连同一个研究小组进行了一项研究,更好地理解细菌细胞内组织和运动协调。

密歇根大学的研究人员发现一些细菌细胞船货物由“冲浪”蛋白质称为帕拉/ atp酶。

这些蛋白质,或“定位系统”,甚至专门运输单个细胞组件——每个货物都有自己的专用“冲浪板”。

这些运动,或者“定位反应”,可以相互影响,给细菌是如何协调一个线索在细胞分裂之前复杂的运动。

结果发表在自然通讯。

一个模型的细菌

为了达到这个目标,研究团队首先必须找到一种细菌研究因为模型物种通常用于研究理解生物过程没有许多定位系统。

“很多我们使用的模型,了解细菌的工作表明,没有任何复杂的所有这些货物,组织“Vecchiarelli说。

“有些像普通细菌大肠杆菌这似乎隔离其染色体没有一个活跃的隔离系统。”

利用生物信息学技术在细菌筛选遗传信息的第一步确定的流行活动定位系统。

“我们发现超过三分之一的测序的细菌做编码多个定位系统对多个不同的货物位于相同的单元中。大肠杆菌规范是一个例外,”Vecchiarelli说。

研究小组选择一个细菌Halothiobacillus neapolitanus学习,因为它有七个不同的七种不同的货物定位系统。

Vecchiarelli的研究生,丽莎t . Pulianmackal,学会了如何在实验室里培养这种细菌物种,荧光标记5货物,允许研究人员遵循他们的运动在活细胞通过细胞生长和分裂。

然后她删除每个定位系统来显示每一个致力于特定的货物。

下一步是系统级别的方法,看看这些货物运动相互作用。

系统生物学的方法

通常,研究人员专注于单一的生物过程。他们做一个突变,然后看看特定过程的影响。这种方法可以错过,突变的间接后果。

这项研究是第一个使用系统生物学方法在细菌细胞空间组织。“我们发现有很多相声,相互依赖,和这些组织之间的协调过程,“Vecchiarelli说。“这就是为什么系统生物学的方法是非常重要的。”

未来的应用

结果在生物技术的发展提供了新的前景。

每个定位系统是由一个atp酶及其适配器蛋白质,或冲浪板,连接到货物。这提供了一个机会来开发一个合成生物学工具允许研究人员位置的任何货物他们选择连接到适配器。

“现在,我们确定了五种不同的定位系统一起工作,我们希望开发一个合成生物学工具集定位各种细菌的合成以及天然货物对于生物技术的应用程序,“Vecchiarelli解释道。

研究人员还计划调查货物运动医学相关的微生物病原体,或致病细菌。

“对细菌病原体,理解如何打破冲浪板可以帮助我们设计新的抗生素,“Vecchiarelli说。

参考:Pulianmackal LT, Limcaoco JMI,拉维K, et al。多个对位/介意atp酶的定位坐标在细菌细胞不同的货物。Nat Commun。2023;14 (1):3255。doi:10.1038 / s41467 - 023 - 39019 - x

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