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将细菌雕刻成极端形状揭示了细胞分裂的粗糙性

西瓜和细菌有什么共同之处?Nature Communications的一项研究显示,就像美味的水果一样,微生物可以被塑造成不寻常的形状。该论文由冲绳科学技术研究生院(OIST)的研究人员制作,将细菌细胞的结构从简单的杆状物改造成自然界中看不到的复杂形状,显示出这些生命形式的强大程度。

将细菌雕刻成极端形状揭示了细胞分裂的粗糙性

该研究以FtsZ蛋白为中心,FtsZ蛋白是细菌细胞分裂的主要调节因子。在分裂过程的早期,FtsZ充当支架蛋白,其他细胞分裂蛋白聚集在其上。在此过程中,数千个FtsZ分子在细胞中间聚集在一起,形成一个称为Z环的圆形结构的多个复合物。

在模型细菌大肠杆菌中,Z-环在细胞分裂部位产生。但是,结构细胞生物学部门的比尔·索德斯特罗姆博士想知道在所有情况下是否总是这样:“这个环在中间细胞的圆周上形成,但我想知道细胞形状本身在创造它的重要性。细胞不是棒状的,Z环还是圆的吗?“

从本质上讲,Söderström博士想知道他是否可以围成一圈。看到西瓜成长为盒状的灵感,他的第一步是看他是否可以让杆状细菌细胞长成立方体。该技术已经存在:以前在OIST进行的研究采用了一种微尺度框架,该框架已成功用于将细菌细胞直立放置,而不是平放在琼脂糖垫的表面 - 类似于鸡蛋直立放在蛋盒中的方式。

这些框架由亚历山大的微加工实验室的Alexander Badrutdinov博士建造,因此Söderström博士询问是否可以修改设计以使用方形。一个简单的修改后,该团队将生长的细菌细胞引入他们新的四四方方的家中。然后该团队添加了化学物质,降低了细胞的结构完整性,使其变得不规则形状的模具。

就像西瓜一样,细菌适应了它们的新环境并变成了盒子形状 - 而Z形环现在是Z形正方形。从那里开辟了可能性:环形成的其他形状是什么?构建了新的纳米制造框架。制作了心形,三角形,五边形,十字形,半月形甚至星形,并在每个中形成细菌。每个形状都成功地塑造了细菌及其Z形​​环。

“真的,我们最终还是为了好玩而做了这些额外的形状,”Söderström博士笑着说,“但它的核心是非常基础的科学。”

简单是骗人的。Söderström博士的观察告诉我们非常基本的生物学,这些生物学是如何形成这些细胞结构的基础。该研究表明,这些细胞可以在非常严格的条件下应对生长和形成分裂环。这是一个简单的科学,但它可能会对未来的研究产生更大的影响。

许多抗生素靶向与细胞分裂和FtsZ维持的支架密切相关的细胞功能。在寻找开发新抗生素的方法时,人们需要寻找其他地方而不是细胞形状。“我们的研究表明,Z形环非常坚固 - 几何形状不是形成环的障碍,”Söderström博士说。

虽然细菌可以采取的形状可能会令人惊讶,但看到这种微生物的适应性是多么令人震惊 - 并且在抗生素抗性的时代,它及时提醒科学家在寻找打击方式时所面临的弹性他们。

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