Как бактерии контролируют свой клеточный цикл

Исследователи из Биоцентра Базельского университета показали, как бактерии координируют деление клетки с репликацией своего генетического материала. Междисциплинарное исследование объясняет, почему текущая концепция бактериального клеточного цикла должна быть пересмотрена. Результаты опубликованы в eLife.

Репликация ДНК контролирует время клеточного цикла

Новые данные показывают, что у бактерий клеточный цикл начинается и заканчивается инициацией репликации ДНК, а событие деления клетки происходит между двумя событиями репликации ДНК.

Исследователи под руководством профессора Эрика ван Нимуэгена использовали междисциплинарный подход, сочетающий микрофлюидику, автоматизированную микроскопию с временны́ми интервалами, сложный анализ изображений и компьютерное моделирование. Они наблюдали за поведением отдельных клеток E. coli в течение длительного времени и систематически количественно оценили множество переменных, описывающих рост, деление клеток и репликацию ДНК для тысяч клеточных циклов в различных условиях роста.

«Наша модель указывает, что клеточный цикл в E. coli начинается с инициации репликации ДНК, в этот момент запускаются два разных «счётчика»: один определяет, когда должно произойти следующее деление клетки, а другой — когда должна произойти следующая инициация репликации ДНК», — объясняет Томас Жулу, руководитель исследования. «Хотя мы ещё не определили молекулярную основу этих двух счётчиков, биомасса, произведённая с момента последнего сброса счётчика, по-видимому, является переменной, контролирующей время следующих событий деления и репликации».

Изучение флуктуаций для выявления механизмов контроля

В отличие от классических подходов молекулярной биологии, где анализируются эффекты мутаций, в данном исследовании используется новый подход: анализ тонких флуктуаций, которые проявляют нормально растущие клетки, используется для вывода о том, как контролируется лежащий в основе процесс.

«Основной задачей была разработка статистических методов для анализа структуры корреляций во флуктуациях параметров клеточного цикла, таких как размер клетки при рождении», — говорит Эрик ван Нимуэген. «Ключевая новая идея, которую мы разработали, заключается в том, что вместо поиска корреляций между переменными более информативно определить, какие переменные, по-видимому, колеблются независимо друг от друга». Этот подход позволил учёным раскрыть механизм контроля бактериального клеточного цикла, и он будет применим для изучения других биологических процессов и организмов.