發(fā)現(xiàn)細菌分裂的新機制
大多數(shù)桿狀細菌在其DNA安全復制并分離到細胞的相對末端后,通過在中間分裂成兩個分裂。這個看似簡單的過程實際上需要緊密和精確的協(xié)調(diào),這是通過兩個生物系統(tǒng)實現(xiàn)的:核仁閉塞,保護細胞的遺傳物質(zhì)免于分裂,直到它復制和分離,和“微細胞”系統(tǒng),定位分裂的位置在細胞的中間,形成分隔壁以將其分成兩部分。
但是一些致病細菌,例如結核分枝桿菌,不使用這些機制。EPFL科學家現(xiàn)在已經(jīng)將光學和原子力顯微鏡結合起來,首次跟蹤這種細菌的分裂,并發(fā)現(xiàn)它們沿著它們的長度使用起伏的“波浪模式”來標記未來的分裂位置。該研究結果發(fā)表在Nature Microbiology上。
這項工作由EPFL的John McKinney和Georg Fantner的實驗室共同完成??茖W家們想要了解沒有核子閉塞基因和微細胞系統(tǒng)的細菌如何“決定”何時何地分裂。這很重要,因為許多致病菌屬于這一類,并且知道它們?nèi)绾畏至芽梢蚤_辟新的方法來對抗它們。
研究人員專注于結核分枝桿菌(Mycobacterium smegmatis),一種結核分枝桿菌的非致病性親屬。這些細菌都沒有使用兩種“常規(guī)” 生物系統(tǒng)來協(xié)調(diào)分裂,這意味著需要非傳統(tǒng)的方法來研究它們。
研究人員將兩種類型的顯微鏡結合起來跟蹤細菌的生命周期。第一種技術是光學顯微鏡,它使用熒光標記“觀察”各種生物結構和生物分子。第二種技術是原子力顯微鏡,它通過用微小的機械探針“感覺”表面,在細胞表面上提供極高分辨率的結構圖像,就像盲人可以形成物體的三維心理圖像一樣。將手從表面上移開。“這項實驗構成了有史以來對生長細胞進行的最長連續(xù)原子力顯微鏡實驗,”Georg Fantner說道,而John McKinney補充說:“它說明了新技術的力量,不僅可以分析我們已經(jīng)知道的具有更高分辨率的東西,而且也發(fā)現(xiàn)了我們沒有預料到的新事物。“
通過結合這兩種技術的定制儀器,科學家們創(chuàng)造了多代細菌生長和分裂的長期時間流逝。出乎意料的是,他們發(fā)現(xiàn)細菌在其長度上產(chǎn)生起伏的“槽狀”圖案。在分枝桿菌細胞的起伏表面上的這些形態(tài)學標志對應于未來的細胞分裂位點。
這些波谷大致是重復的波浪,科學家們計算出它們的平均波長約為1.8微米,振幅太小而無法用常規(guī)顯微鏡(約100納米)分辨。這可能是之前未報告波形波谷的原因。
延時圖像還顯示,在分枝桿菌分裂后,新的“子”細胞繼承了“母”細胞的波谷模式,并最終在最中心的波谷處分裂。
波谷在用作分區(qū)之前可以形成三代。據(jù)該研究的第一作者亞歷山大·埃斯坎達里安(Alexander Eskandarian)稱,這些形態(tài)學特征是“迄今為止最早已知的未來細菌分裂地點的標志性建筑”。在這些觀察的基礎上,未來的研究將集中于確定負責波谷形成和傳播以及細胞分裂機制的招募的潛在機制。
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