Как и почему бактерии Streptomyces образуют ветви
Streptomyces производят большинство клинически полезных антибиотиков. Эти почвенные бактерии разлагают растительные остатки, для чего формируют разветвленную сеть нитей — мицелий. Хотя производимые ими защитные соединения хорошо изучены, механизмы их роста долгое время оставались загадкой.
Особенности роста Streptomyces:
- Рост напоминает грибной: нити удлиняются с кончиков, а не за счет деления в середине клетки.
- Ключевую роль в полярном росте играет белок DivIVA, который накапливается на растущих кончиках и направляет синтез клеточной стенки.
Механизм ветвления
Исследование, опубликованное в PLoS Computational Biology, показало, как выбираются места ветвления и как она инициируется.
- Образование очагов DivIVA: DivIVA формирует скопления — фокусы, от которых начинается ветвление.
- «Дочерние» фокусы: Новые фокусы не образуются спонтанно. Они отщепляются от существующих и остаются на боковой мембране по мере роста кончика.
- Критическая масса: Дочерний фокус (примерно 10% размера исходного) растет, пока не достигнет критической массы, после чего может запустить новую ветвь.
- Расстояние между ветвями определяется временем роста фокуса до критической массы, а количество ветвей — частотой деления фокусов.
Математическая модель, созданная совместно с биоинформатиками, предсказала редкие события, когда фокус на кончике делится на две равные части, что приводит к ветвлению на самом растущем кончике. Эти события были подтверждены экспериментально.
Регуляция ветвления
Последующее исследование в PNAS Plus раскрыло, как регулируется процесс ветвления.
- Роль фосфорилирования: Было обнаружено, что активность DivIVA контролируется фосфорилированием.
- Реакция на препятствие: В нормальных условиях уровень фосфорилирования DivIVA низкий. Однако если рост кончика блокировать ингибиторами синтеза клеточной стенки (имитируя столкновение с препятствием в почве), это запускает фосфорилирование DivIVA.
- Изменение паттерна роста: Фосфорилирование изменяет картину ветвления организма.
«Это говорит о том, что когда Streptomyces натыкается на препятствие, он меняет схему ветвления, чтобы расти в других направлениях», — пояснил Марк Баттнер.
Работа дала лучшее понимание того, как эти важные бактерии растут в своей среде.