Размер бактерий зависит от количества жира, который они могут произвести

Как и люди, бактерии постоянно регулируют свой объем («вещи») так, чтобы он помещался внутри их мембраны («пространства»). Лаборатория Петры Левин в Университете Вашингтона в Сент-Луисе обнаружила, что ключевым ограничителем размера бактериальной клетки является синтез жиров (липидов).

Ключевое открытие: Если предотвратить синтез жиров, клетки становятся меньше. Если дать им дополнительный жир или позволить производить его больше — они увеличиваются. «Жир делает клетки толстыми», — говорит Петра Левин.

Фон: Еще в 1950-х годах ученые заметили, что Salmonella typhimurium в богатой питательными веществами среде растет быстрее и становится крупнее, чем в бедной. Однако причина 80% этой разницы в размерах оставалась неясной.

Эксперименты:

  • Ингибирование синтеза РНК или белка почти не влияло на размер клеток Escherichia coli и Bacillus subtilis.
  • Но подавление синтеза жирных кислот приводило к значительному уменьшению клеток.
  • И наоборот, сверхэкспрессия транскрипционного фактора FadR (активирует гены синтеза жирных кислот) заставляла клетки увеличиваться.
  • Клетки могли восстановить размер, если им давали олеиновую кислоту (жир из авокадо и оливкового масла), при условии ее включения в мембрану.

Роль сигнала тревоги (ppGpp):

  • Гуанозин тетрафосфат (ppGpp) — сигнальная молекула, уровень которой повышается при голодании, запуская «строгий ответ» и останавливая синтез ДНК, белка и жирных кислот.
  • Мутанты E. coli, неспособные производить ppGpp, при ингибировании синтеза липидов начинали лизироваться (разрываться), так как продолжали производить «вещества» в неспособную расшириться «сумку».
  • Клетки со сверхэкспрессией как ppGpp-синтазы, так и FadR могли, несмотря на высокий уровень ppGpp, увеличивать синтез липидов и, следовательно, свой размер в богатой среде.

Вывод: Липиды, из которых состоит клеточная мембрана, являются главным фактором, ограничивающим размер клетки. Сигнальный путь ppGpp действует как предохранительный клапан, останавливая биосинтез, когда производство мембраны отстает. Это правило, вероятно, универсально и работает у эукариот (например, дрожжей Saccharomyces cerevisiae) так же, как у бактерий.