Деление бактерий зависит от механических сил

Важную роль в делении бактериальных клеток играют пептидогликансинтазы и пептидогликангидролазы: совместная работа этих ферментов обеспечивает необходимую для деления перестройку клеточной стенки. Исследование, опубликованное на этой неделе в Nature Physics, показало, что ключевым фактором для деления бактериальной клетки, наряду с активностью гидролаз, является возникающее в клеточной стенке механическое напряжение.

Проведённые на клетках микобактерий эксперименты продемонстрировали динамику физических изменений клеточной стенки делящейся бактерии.

Перед тем, как клетка разделится, в её клеточной стенке быстро нарастает механическое напряжение, сконцентрированное непосредственно в месте будущего деления. Наиболее раннеобнаружимым морфологическим признаком делящейся клетки является предшествующая разделению борозда (pre-cleavage furrow), которая появляется на поверхности приблизительно за час до расхождения дочерних клеток в месте формирования будущего Z-кольца (аналог контрактильного кольца у эукариот). Методом атомно-силовой микроскопии было показано, что именно эта борозда является центром наиболее высоких механических напряжений в клеточной стенке.

Степень значимости механических напряжений для делящейся клетки наглядно демонстрирует результат следующего эксперимента. Искусственное создание механического напряжения в клеточной стенке при помощи атомно-силового микроскопа приводит к преждевременному делению бактерий, несмотря на то, что молекулярные механизмы ещё не успели должным образом подготовить клетку к разделению. Кроме того, было продемонстрировано, что дефектные по пептидогликангидролазам клетки, не способные к полноценному делению, могут делиться под внешним механическим воздействием, приложенным к их клеточной мембране с помощью атомно-силового микроскопа.

Полученные данные подтверждают важность физических процессов в разделении бактериальной клетки, а также демонстрируют нам двойственную природу механизма деления: биологический механизм, то есть активность пептидогликангидролаз, находится под непосредственным контролем делящейся клетки, в то время как физическая сторона процесса подвергается лишь пассивному, или опосредованному клеточному контролю.