Физика отвечает на вопрос, как бактерии регулируют свой размер
 Даже не имея измерительных инструментов, бактерии могут контролировать рост своего объема вовремя переходя к процессу деления. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Большинство бактерий, например, хорошо изученная кишечная палочка, делится, когда достигает объема, примерно в два раза превышающего первоначальный. Однако процесс деления происходит не при одном и том же абсолютном размере; в «популяции» всегда есть некоторый диапазон габаритов. Некоторые измерения показывают, что клетки каким-то образом «знают» свой абсолютный размер и начинают тиражирование ДНК в рамках подготовки к делению, когда достигают некоторого порогового значения объема. Многие биологи готовы были принять эту теорию, однако были получены и другие данные, по-видимому, противоречащие такому объяснению. В частности, идеи о «критическом» размере клеток должны были бы исключить любые корреляции между габаритами клетки при рождении и во время деления, но такая корреляция существует.
В своей последней работе ученые из Harvard University (США) предложили иную модель регулирования размера бактерий, примиряющую все ранние наблюдения.
Пояснение своей идеи исследователи начали с рассмотрения двух крайних случаев. В первом случае объем клетки при делении является постоянным, вне зависимости от малых вариаций объема при рождении (иными словами, есть некоторый критический размер, при котором происходит деление, и клетка обеспечивает его контроль). Этот крайний случай описывает господствовавшую до сих пор модель.
Во втором случае объем при делении полностью зависит от объема при рождении (клетка делится, когда удваивает свой первоначальный объем). Поскольку рост клетки происходит экспоненциально с постоянной скоростью, удвоение размера подразумевает определенное время роста, т.е. клетка на самом деле контролирует не абсолютный объем, а время роста. Такая модель способна объяснить наблюдаемые корреляции объемов при рождении и делении, но в перспективе привела бы к более серьезному разбросу в размерах клеток (каждое поколение, фактически, «удваивает» случайный разброс предыдущего).
Верное объяснение, по мнению исследователей, лежит между двумя приведенными крайностями (моделью «критического размера» и моделью «таймера»). Ученые предположили существование некоторых лимитов на размеры клеток, не завязанных на необходимость непосредственного измерения их абсолютного объема. В своей работе они доказали, что верна именно третья, так называемая «дополнительная» модель (впервые упомянутая еще в 1970 году, правда, в несколько иной форме). В рамках этой модели клетка не ориентируется на свой абсолютный размер, а контролирует прирост объема между рождением и делением. Клетка инициирует репликацию ДНК, как только добавленный в ходе роста объем достигает определенного уровня. Причем, еще в 1973 году был предложен простой биохимический механизм, позволяющий реализовать такой контроль (механизм включает в себя белок, который накапливается во время роста и «переключает» клетку на репликацию ДНК, как только концентрация белка достигает определенного порога).
Во всей своей работе ученые предполагали, что существует целый ряд размеров клеток, т.е. не ограничивались рассмотрением средних значений. Такой подход оказался критическим для примирения, казалось бы, противоречивых данных. Он же позволил обеспечить наблюдаемую корреляцию между объемами клетки при рождении и во время деления.
Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Также по теме:
- Расширены представления о механизмах защиты сальмонелл от иммунной системы организма хозяина
- Галектины напрямую уничтожают ряд болезнетворных бактерий
- Пептид MP196 может быть использован в качестве антибиотика
- Расширены представления о системе секреции четвёртого типа бактерий
- Расшифровано пространственное строение белка FosB
Источники: