Vědci objevili nový mechanismus dělení buněk u mykobakterií

Některé patogenní bakterie – jako např. mykobakterie způsobující tuberkulózu – používají dosud nepopsaný unikátní mechanismus, který koordinuje buněčné dělení. Objev by mohl pomoci vyvinout nové postupy, jak proti patogenním mykobakteriím bojovat. 

Většina tyčinkovitých bakterií se dělí na dvě dceřiné bakterie uprostřed buňky poté, co je DNA zdvojena a bezpečně umístěna v opačných pólech buňky. Tento zdánlivě jednoduchý proces je ve skutečnosti velice precizně koordinován. Jedem systém chrání genetický materiál (DNA) před rozdělením k pólům buňky do té doby, než je dokončena replikace. Druhým systémem jsou speciální tzv. „Min“ proteiny, které dokáží přesně lokalizovat střed buňky, kde se začne formovat nová buněčná stěna a buňka se posléze v tomto rozdělí. Oba tyto systémy jsou součásti vysoce koordinovaného sytému, který se nazývá „divizom“. Až donedávna se předpokládalo, že je to jediný mechanismus umožňující bakteriální buňce dělení.

Nové výzkumy v oblasti buněčného dělení však ukazují, že některé patogenní bakterie jako je Mycobacterium tuberculosis tento mechanismus nepoužívají. Nová mikroskopická technika, která kombinuje optickou mikroskopii a mikroskopii atomárních sil (AFM), umožnila vědcům nahlédnout do unikátního mechanismu dělení těchto bakterií. Vědci zjistili, že se bakterie dělí za pomoci speciálního vlnění podél delší osy buňky. Výsledky své studie publikovali v časopise Nature Microbiology.

Výzkum byl prováděn ve spolupráci laboratoří Johna McKinneyho a George Fantnera z École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL). Vědci chtěli porozumět tomu, jak bakteriální buňka, která nemá gen pro segregaci replikované DNA do pólů buňky ani „Min“ systém, zjistí, kdy a kde se má rozdělit. Pochopení tohoto mechanismu je velmi důležité, protože by pomohlo vyvinout nové léky, jak s těmito patogeny bojovat. Pokud buňka nepozná, ve kterém místě se má rozdělit, nedokáže množit a nerozšíří se v hostitelském organismu.

Vědci se ve své studii zaměřili na Mycobacterium smegmatis, nepatogenního příbuzného M. tuberculosis. Obě bakterie nepoužívají tzv. konvenční způsob buněčného dělení, ale nově objevený mechanismus.

Vědcům se ve svém výzkumu podařilo zkombinovat dva různé typy mikroskopie, aby zachytili detailně životní cyklus a přesný způsob dělení mykobakterií. První zobrazovací technikou, kterou využili, byla optická mikroskopie, která umožňuje pozorovat fluorescenčně značené buněčné struktury a biomolekuly, druhou pak mikroskopie atomárních sil (ATM – atomic force microscopy), která umožňuje pozorovat povrchové struktury buňky v extrémně vysokém rozlišení. 

Vědci poprvé využili ATM pro přímé a dlouhodobé pozorování dělící se bakteriální buňky, což ilustruje sílu nových technologií zobrazování, které lze ve vhodné kombinaci využít k přesnému popisu biologických jevů.

Vyzbrojeni ručně sestrojeným optickým systémem kombinující výše zmíněné zobrazovací technologie, pozorovali dělení bakterie Mycobacterium smegmatis po několik generací. To, co zjistili, bylo překvapivé. Pozorovali vlnění vytvářející malou rýhu podél buňky. Tyto rýhy na vlnícím se povrchu přesně odpovídaly budoucímu místu, kde se buňka rozdělí.

Rýhy, které vědci pomocí kombinované zobrazovací techniky objevili, byly ve skutečnosti po sobě jdoucí vlny o vlnové délce cca 1,8 µm se zatím neznámou amplitudou, která je bohužel pod mezí detekce konvenčních mikroskopů (100 nm). Časosběrné obrázky dělení bakterie Mycobacterium smegmatis prokázaly, že nové dceřiné buňky zdědily vlnící rýhy od buňky mateřské a oddělují se od ní přímo ve středu rýhy.

Vědci dále zjistili, že rýha se může vytvořit až tři generace před tím, než je využita pro dělení bakterie. Podle autora studie Alexandera Eskandariana jsou tyto morfologické znaky na povrchu buněk ve formě „rýh“ prvotními příznaky, že v tomto místě dojde k rozdělení buňky.

Tým se teď hodlá zaměřit na pochopení mechanismů, které rýhy utvářejí. Pokud by se povedlo tyto mechanismy pozměnit tak, aby se rýhy netvořily, mohli bychom zpomalit nebo dokonce zastavit dělení mykobakterií v hostitelském organismu. To by mělo obrovský dopad na léčbu pacientů trpících tuberkulózou, která je v některých zemích opět na vzestupu.

Autor: Ing. Jiří Bárta, Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použité zdroje:

Původní zdroj:

Haig A. Eskandarian, Pascal D. Odermatt, Joëlle X. Y. Ven, Mélanie T. M. Hannebelle, Adrian P. Nievergelt, Neeraj Dhar, John D. McKinney, Georg E. Fantner. Division site selection linked to inherited cell surface wave troughs in mycobacteria. Nature Microbiology, 2017; 2: 17094 DOI: 10.1038/nmicrobiol.2017.94

Sekundární zdroj:

Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne. "New mechanism for bacterial division discovered in some bacteria." ScienceDaily. ScienceDaily, 26 June 2017. <www.sciencedaily.com/releases/2017/06/170626124510.htm>

https://www.respekt.cz/denni-menu/vedci-se-boji-pandemie-nove-odolne-tbc-mohla-by-znicit-cely-moderni-svet