Белок, задерживающий деление клеток у бактерий, может помочь в поиске новых антибиотиков

Учёные из Вашингтонского университета в Сент-Луисе выяснили, как бактерии регулируют свой размер в зависимости от питательной среды. В 1958 году было замечено, что бактериальные клетки в два раза крупнее на богатой питательной среде, чем на скудной. Механизм этого явления оставался неизвестным 60 лет.

В 2007 году Петра Левин (Petra Levin) обнаружила, что у почвенной бактерии Bacillus subtilis есть белок, который при обилии пищи временно блокирует сборку кольца, перетягивающего клетку при делении. Теперь её аспирант Норберт Хилл (Norbert Hill) показал, что Escherichia coli использует похожий белок для той же цели.

Как работает система?

• Сигналом служит модифицированный сахар UDP-глюкоза. Чем богаче среда, тем выше его уровень в клетке.
• В B. subtilis UDP-глюкоза связывается с белком UgtP, а в E. coli — с белком OpgH.
• Этот комплекс мешает сборке сократительного кольца, взаимодействуя с белком FtsZ — первым, который перемещается к месту деления и формирует каркас для кольца.
• UgtP и OpgH мешают FtsZ образовывать длинные полимеры, необходимые для сборки. Это ненадолго задерживает деление, и клетки успевают вырасти.
• При низком уровне питательных веществ эти белки не мешают FtsZ, и деление происходит быстрее, давая клетки меньшего размера.

Почему это важно?

• Понимание деления: Раскрыт механизм, объясняющий 60-летнее наблюдение. Использование UDP-глюкозы (молекулы, общей для всех доменов жизни) и «совмещающих обязанности» (moonlighting) белков — консервативные аспекты контроля размера клетки.
• Новые антибиотики: Поскольку UgtP и OpgH взаимодействуют с важнейшими компонентами аппарата деления, понимание их работы поможет в поиске антибиотиков, которые могли бы навсегда блокировать деление.
• Группа из Кембриджа (Англия) уже работает над кристаллизацией белка E. coli в комплексе с одним из компонентов кольца. Если это удастся, можно будет увидеть, как именно белок мешает сборке, и спроектировать антибиотик, использующий тот же механизм.

Ограничения и загадки

Система объясняет явление у модельных организмов E. coli и B. subtilis, но бактериальное разнообразие огромно. Например, гигантская бактерия Epulopiscium fishelsoni имеет ген FtsZ, но не делится бинарным делением, а у патогена Chlamydia trachomatis вообще нет гена, похожего на FtsZ. Как делятся эти бактерии и контролируют размер, остаётся неизвестным.