Деление бактерий зависит от механических сил

Для деления бактериям требуются не только биологические механизмы, но и применение механических сил, приложенных к клеточной стенке – оба этих фактора в равной степени важны для нормального деления бактериальных клеток. Так, бактерии, дефектные по пептидогликангидролазам, неспособны самостоятельно разделяться на две дочерних клетки, однако действие внешней механической силы позволяет нормально завершить этот процесс.

Credit:

Kateryna Kon | Shutterstock.com

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.

Источник

Odermatt P. D. et al. // Overlapping and essential roles for molecular and mechanical mechanisms in mycobacterial cell division // Nature Physics (2019), published online 21 Oct 2019; DOI: 10.1038/s41567-019-0679-1

Добавить в избранное

Вам будет интересно