Микробиологи обнаружили ключевой белок для контроля формы клетки у магнитных бактерий

Все живые клетки содержат цитоскелет, стабилизирующий их внутреннюю структуру и внешнюю форму. Это относится и к магнитотактическим бактериям. Они производят магнитные наночастицы, которые соединяются в внутриклеточные цепи и позволяют им ориентироваться по магнитному полю Земли. Микробиологи из Университета Байройта обнаружили в цитоскелете этих бактерий белок, играющий центральную роль в этих процессах структурирования. Белок CcfM влияет как на формирование клеточных «компасных стрелок», так и на спиральную форму бактерий. Исследование опубликовано в журнале PNAS.

Магнитотактические бактерии вида Magnetospirillum gryphiswaldense — одноклеточные организмы, обитающие в основном в иле на дне мелких пресноводных водоёмов. Внутриклеточные наночастицы, магнитосомы, дают этим бактериям необычную способность ориентировать своё движение по магнитному полю Земли. Их цитоскелет, как и у всех живых клеток, представляет собой сложную сеть тонких белковых нитей. Как эта сеть способствует характерной кривизне бактерий и существует ли связь со структурами, контролирующими формирование и локализацию цепей магнитосом, ранее было неизвестно.

Однако белок CcfM, обнаруженный исследовательской группой из Байройта в сотрудничестве с учёными из Института биохимии Макса Планка в Планегге-Мартинсриде и Университета Киля, теперь даёт ключ к пониманию этих процессов. Закреплённый в клеточной мембране бактерий, белок, с одной стороны, участвует в процессах поддержания спиральной формы клетки, которые важны и для других, немагнитных бактерий со схожей формой. С другой стороны, он также влияет на клеточные механизмы, специфичные только для магнитотактических бактерий, в частности на формирование внутренней «компасной стрелки».

Таким образом, CcfM, вероятно, полезен для навигационной способности бактерий в их естественной среде обитания. «Мы нашли свидетельства того, что эти множественные функции белка CcfM могут повышать способность бактерий выживать в илистых отложениях водоёмов, давая им эволюционное преимущество», — говорит доктор Даниэль Пфайффер, первый и корреспондирующий автор исследования.

Исследователи выявили центральные контрольные функции CcfM, создав магнитотактические бактерии, которые либо не содержат CcfM, либо производят его слишком много.

• При отсутствии белка: кривизна бактерий уменьшается, их клеточное деление нарушается, и вместо одной длинной цепи магнитосом формируются более короткие цепи.
• При генетической сверхэкспрессии: кривизна клетки резко увеличивается. Кроме того, цепь магнитосом формируется в неправильном месте клетки, а в некоторых случаях даже разрывается.

На основе этих новых данных авторы исследования намерены активизировать изучение родственных клеточных процессов как у магнитотактических, так и у других, немагнитных бактерий. Всестороннее понимание контроля морфологии клеток у магнитотактических бактерий также будет полезно для создания магнитоконтролируемых «нанороботов», которые могут найти применение в будущих технических или медицинских приложениях.