Мутантные бактерии, которые продолжают расти
Обычная Escherichia coli, лабораторная крыса микробиологии, имеет длину всего 1-2 тысячных миллиметра. Исследователи из Университета Конкордия в Монреале, заблокировав деление клеток, вырастили E. coli длиной в три четверти миллиметра. Это до 750 раз больше их нормальной длины. Исследование имеет потенциальное применение в наноразмерной промышленности и может привести к лучшему пониманию работы патогенов. Исследование опубликовано 17 февраля в Journal of Bacteriology.
В норме E. coli растет, пока не удвоится в длине, а затем делится. Многие предыдущие исследования показывали, что если блокировать деление, бактерия будет продолжать удлиняться. Однако такие клетки, предположительно, умирали в течение нескольких часов, потому что мутации, блокирующие деление, также нарушали другие аспекты физиологии, необходимые для выживания клетки. Гипотеза авторов была такова: если блок деления клеток будет настолько специфичным, что не затронет другие процессы, клетки будут просто продолжать удлиняться.
Когда они выделили жизнеспособный мутант, у которого, предположительно, не были затронуты физиологические процессы, кроме деления, именно это и произошло. Даже самые длинные мутантные клетки не имели внутренних перегородок, и весь нормальный клеточный материал был распределен по всей длине микроба. Примечательно, что когда клеткам позволили возобновить деление, перед новым делением они образовали петли в нескольких точках по своей длине, а затем разделились в этих петлях или рядом с ними.
Исследователи еще не выяснили, почему этот мутант не может делиться. «Мы знаем, что у них снижен уровень белка FtsZ, который почти повсеместно присутствует у бактерий и необходим для их деления. Почему он снижен, остается неясным».
Новые промышленные трубки, находящиеся на стыке биологии, материаловедения и нанотехнологий, могут быть изготовлены из клеточных стенок гиперудлиненных E. coli. Франциска Ледерер из Центра Гельмгольца в Дрезден-Россендорфе (Германия) уже продемонстрировала использование «нитевидных» клеточных структур E. coli длиной до 50-70 микрометров для создания проводящих металлических проводов, которые можно использовать в электронных устройствах или в качестве новых катализаторов.
Также предполагается, что такие трубки могут использоваться в качестве устройств для доставки генной терапии. Кроме того, создание таких длинных бактерий может быть полезно для лучшего понимания патогенных видов. Преимущество: с помощью крошечных игл — возможно, сделанных из удлиненных E. coli — можно извлечь достаточно цитоплазмы, чтобы изучить ее отдельно от мембранных материалов и понять их биохимию. В настоящее время нет способа отделить цитоплазму от мембраны с гарантией чистоты.
Исследование изначально было сосредоточено на другом вопросе — штамме E. coli, который не мог синтезировать соединение, необходимое всем типам клеток. Этот штамм неожиданно не производил аминокислоту метионин. Чтобы понять почему, авторы создали множество мутантов, не нуждающихся в метионине. Один из них шокировал исследователей, образовав чрезвычайно длинные клетки, и они решили сосредоточиться на биологии длинных E. coli.