Скрытое управление движением в бактериях

Успех бактериальной клетки, подобно успеху городского ресторана, зависит от трёх вещей: локализации, локализации и локализации. Однако полный набор механизмов, с помощью которых бактерии контролируют перемещение белков и других важных биологических материалов внутри своих клеточных стенок, оставался загадкой. Исследователи из Вашингтонского университета выявили механизмы локализации, которые E. coli используют для сортировки и организации своих субклеточных компонентов.

"Несмотря на их малый размер и относительную простоту, бактериальные клетки, по-видимому, обладают сложным уровнем субклеточной организации, как пространственной, так и временной, который когда-то считался прерогативой лишь более сложных организмов", — заявил Нейтан Кувада.

Чтобы понять, каким количеством механизмов локализации обладают бактерии, учёные поставили задачу визуализировать паттерны локализации почти каждого белка в бактериальной клетке на протяжении всего клеточного цикла.

E. coli локализуют почти пятую часть своих белков в определённых участках клетки, но до сих пор детально была охарактеризована локализация лишь небольшой части белков в течение клеточного цикла.

Кувада и его коллеги использовали существующую библиотеку слияний зелёного флуоресцентного белка в E. coli и метод высокопроизводительной визуализации живых клеток. Это позволило получить изображения около тысячи индивидуальных белковых слияний в растущих клетках в течение 6–8 часов, предоставив сотни полных клеточных циклов для каждого белка.

С помощью специального ПО для обработки изображений исследователи обработали и систематизировали тысячи снимков, что позволило количественно сравнить паттерны локализации в геномном масштабе. Все сырые и обработанные данные были размещены в публичной онлайн-базе: http://mtshasta.phys.washington.edu/localizome

Вместо небольшого числа паттернов, комбинирующихся в различных вариациях в зависимости от функции, учёные обнаружили, что бактерии обладают большим количеством чётких паттернов с тонкими пространственными и временными различиями.

Например, было замечено, что ДНК-связывающие белки асимметрично распределяются в сторону дочерней клетки во время деления, несмотря на морфологическую симметрию между родительской и дочерней клетками.

"Хотя асимметрия довольно слабая, она статистически значима, и мы считаем, что она должна иметь важное биологическое значение", — отметил Кувада.

В будущем исследователи планируют детальнее изучить конкретные механизмы, управляющие субклеточной организацией, сфокусировавшись на поведении определённых групп белков, например, факторов транскрипции.