Naukowcy z IBB po raz pierwszy opisali transport rybosomów podczas sporulacji bakterii

Polski zespół naukowców odkrył i opisał, jak podczas tworzenia spory u bakterii laseczki siennej zmienia się położenie rybosomów. Badacze pokazali też, jakie niezbędne zmiany muszą zajść w budowie komórki, aby powstała dojrzała spora.

Kiedy populacja bakterii wyczuwa brak substancji odżywczych, większość komórek bakteryjnych wytwarza spory – formy przetrwalnikowe odporne na ekstremalne warunki środowiskowe. Gdy korzystne warunki powracają, spora „budzi się” do życia. Jeśli więc bakteria wytworzy sporę, bardzo trudno się jej pozbyć, co jest problemem w dezynfekcji i walce z infekcjami bakteryjnymi.

Naukowcy z Pracowni Translatomiki Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN we współpracy z naukowcami z Uniwersytetu Wrocławskiego zbadali więc, co dokładnie dzieje się, kiedy komórka bakterii wytwarza spory. Na warsztat wzięli sporulację u bakterii Bacillus subtilis. O swoich badaniach poinformowali w przesłanym PAP komunikacie.

– Bakterie nie posiadają organelli komórkowych takich jak mitochondria czy jądro komórkowe. Przez długi czas wydawało się więc, że komórki bakteryjne to nieuporządkowany system makromolekuł ograniczonych błoną i ścianą komórkową. Tymczasem nasze badania pokazują wyraźnie, że wewnętrzne życie bakterii jest skrupulatnie zorganizowane i podzielone na funkcjonalnie zróżnicowane strefy – mówi w wypowiedzi dla PAP kierowniczka zespołu dr hab. Agata Starosta z IBB PAN.

Organizacja na wysokim poziomie

Z badań, które ukazały się w „Nature Communications” wynikło, że w komórkach B. subtilis proces translacji podczas tworzenia spory i maszyneria translacyjna są czasowo i przestrzennie zorganizowane. Za centrum kontroli rozwoju komórki uznać można asymetryczną przegrodę. A powstająca endospora „dziedziczy” rybosomy od komórki-matki.

Stosując nowoczesne techniki obrazowania, takie jak SIM (z ang. mikroskopia światła strukturalnego) oraz mikroskopia fluorescencyjna z zastosowaniem eksperymentów bazujących na chemii „klik” do obrazowania syntezy białek w akcji, naukowcy zaobserwowali dynamiczne zmiany w lokalizacji rybosomów podczas sporulacji.

– Do tej pory wiedzieliśmy, że aby powstała spora w B. subtilis, niezbędny jest asymetryczny podział komórki, utworzenie tzw. asymetrycznej przegrody, oraz przetransportowanie chromosomu bakteryjnego do nowoutworzonego przedziału w komórce-matce, jakim jest prespora. Dzięki naszym badaniom zaobserwowaliśmy, że również lokalizacja rybosomów podlega ścisłej kontroli przestrzennej i czasowej. A głównym czynnikiem organizacyjnym jest tu asymetryczna przegroda, która służy jako centrum kontroli rozwoju spory, w tym regulacji translacji – tłumaczy dr hab. Starosta.

Przebudowa wewnątrz komórki

Aby jednak prespora przekształciła się w dojrzałą sporę, musi zostać zaopatrzona przez komórkę-matkę w maszynerię translacyjną. Jest to możliwe dzięki przebudowie asymetrycznej przegrody, zbudowanej z takich samych komponentów jak błona i ściana komórkowa.

– Po przetransportowaniu chromosomu do prespory budowa asymetrycznej przegrody ulega znacznej rearanżacji – wyjaśnia dr Olga Iwańska, współautorka artykułu.

W związku z tym procesem rybosomy znajdujące się do tej pory w komórce matczynej są w stanie przedostać się do nowo powstałej spory. Badaczka dodaje, że w mutantach, które były pozbawione genów kodujących tzw. białka kompleksu DMP, asymetryczne przegrody były nieprzepuszczalne dla rybosomów. Rybosomy nie mogły więc przedostać się z komórki-matki do prespory, a co za tym idzie, mutanty te nie mogły wytworzyć dojrzałych przetrwalników.

Uczeni pokazali kolejny poziom organizacji wewnątrzkomórkowej bakterii i zaproponowali, że w przemieszczaniu się rybosomów w komórce mogą pośredniczyć bakteryjne homologi białek cytoszkieletu, a wskazówki dotyczące dokładnej lokalizacji asymetrycznej przegrody mogą być zależne od translacji. Ponadto odkrycie to może odegrać kluczową rolę w poszukiwaniu nowych celów antybiotykowych u bakterii sporulujących.

Praca powstała przy wsparciu Fundacji na rzecz Nauki Polskiej (grant „First Team”) oraz EMBO (Installation Grant).

Źródło: naukawpolsce.pl/Ludwika Tomala

Czytaj także: Zbadano produkcję białek w bakterii wytwarzającej przetrwalnik