سیستم موقعیت یابی در تقسیمات سلولی باکتری

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، باکتری ها تقریباً در هر زیستگاه روی زمین از جمله در خاک، آب، چشمه های آب گرم اسیدی و حتی در روده های خودمان زندگی می کنند.

بسیاری از آنها در فرآیندهای اساسی مانند تخمیر، تجزیه و تثبیت نیتروژن دخیل هستند. اما دانشمندان یک فرآیند اساسی در سلول های باکتریایی را درک نمی کنند: اینکه چگونه قبل از تقسیم خود را سازماندهی می کنند.

هنگامی که سلول ها تقسیم می شوند، سلول به دوسلول دختربا مواد ژنتیکی مشابه سلول اصلی تقسیم می شود. در طی این فرآیند، DNA و سایر اجزای سلولی همانندسازی می شوند و سپس این (محموله) به طرف مقابل سلول ارسال می شود.

هنگامی که همه چیز در جای خود قرار گرفت، سلول از وسط تقسیم می شود و دو سلول دختر یکسان می سازد.

باکتری ها میکروتوبول یا رشته های اکتین ندارند، اما همچنان می توانند حرکت را در درون سلول هماهنگ کنند.

اکنون یکی از اعضای هیئت علمی وابسته در دانشکده شیمی بیولوژیکی دانشگاه میشیگان و استادیار در گروه زیست شناسی مولکولی، سلولی و تکاملی دانشگاه میشیگان، وکیارلی به همراه تیمی از محققان مطالعه ای را برای درک بهتر سازمان و هماهنگی حرکت درون یک سلول باکتری انجام دادند.

محققان دانشگاه میشیگان دریافتند که برخی از باکتری ها محموله های سلولی را با surfing در امتداد پروتئین هایی به نام ParaA/MinD ATPases حمل می کنند.

این حرکات یا (واکنش های موقعیت یابی) می توانند بر یکدیگر تأثیر بگذارند و سرنخی از نحوه هماهنگی حرکت های پیچیده در سلول قبل از تقسیم آن توسط باکتری ها به دست می دهند.

نتایج در Nature Communications منتشر شده است.

برای رسیدن به این هدف، تیم تحقیقاتی ابتدا باید یک باکتری برای مطالعه پیدا می کرد، زیرا گونه های مدلی که معمولاً در تحقیقات برای درک فرآیندهای بیولوژیکی استفاده می شوند، سیستم های موقعیت یابی زیادی ندارند.

برخی از باکتری ها مانند E. coli قدیمی هستند که به نظر می رسد کروموزوم های خود را بدون سیستم تفکیک فعال جدا می کنند.

استفاده از تکنیک های بیوانفورماتیک برای غربال کردن اطلاعات ژنتیکی در بین باکتری ها اولین گام برای تعیین شیوع سیستم های موقعیت یابی فعال بود.

وکیارلی گفت: ما دریافتیم که بیش از یک سوم از باکتری های توالی شده برای سیستم های موقعیت یابی چندگانه برای محموله های مختلف در یک سلول رمزگذاری می شوند.

تیم تحقیقاتی یک باکتری به نام Halothiobacillus neapolitanus را برای مطالعه انتخاب کردند زیرا دارای هفت سیستم موقعیت یابی مختلف برای هفت محموله مختلف است.

Lisa T. Pulianmackal، دانشجوی فارغ التحصیل Vecchiarelli، یاد گرفت که چگونه این گونه باکتری را در آزمایشگاه پرورش دهد و پنج محموله را با فلورسنت برچسب گذاری کند، و به محققان این امکان را داد تا حرکت آنها را در سلول های زنده از طریق رشد و تقسیم سلول دنبال کنند.

او سپس هر سیستم موقعیت یابی را حذف کرد تا نشان دهد که چگونه هر یک به یک محموله خاص اختصاص داده شده است.

گام بعدی رویکرد سطح سیستم بود تا ببینیم این جابجایی های محموله چگونه با یکدیگر تعامل دارند.

اغلب، محققان بر روی یک فرآیند بیولوژیکی واحد تمرکز می کنند. آنها یک جهش ایجاد می کنند و سپس می بینند که آیا آن فرآیند خاص تحت تأثیر قرار گرفته است یا خیر. این رویکرد می تواند پیامدهای غیرمستقیم آن جهش را از دست بدهد.

این مطالعه یکی از اولین مطالعاتی است که از رویکرد زیست شناسی سیستمی در سازمان دهی فضایی در سلول باکتری استفاده می کند.

وکیارلی گفت: ما متوجه شدیم که تضادها، وابستگی های متقابل و هماهنگی زیادی بین این فرآیندهای سازمان دهی وجود دارد. به همین دلیل است که رویکرد زیست شناسی سیستمی بسیار مهم است.

هر سیستم موقعیت یابی از یک ATPase و پروتئین آداپتور آن ساخته شده است که به محموله متصل می شود. این فرصتی را برای توسعه یک ابزار زیست شناسی مصنوعی ارائه می دهد که به محققان این امکان را می دهد تا هر محموله ای را که انتخاب می کنند با اتصال به آداپتور قرار دهند.

وکیارلی توضیح داد: اکنون که پنج سیستم موقعیت یابی مختلف را شناسایی کردیم که با هم کار می کنند، امیدواریم یک مجموعه ابزار زیست شناسی مصنوعی برای موقعیت یابی طیف گسترده ای از محموله های مصنوعی و همچنین طبیعی در باکتری ها برای کاربردهای بیوتکنولوژیکی ایجاد کنیم.

محققان همچنین قصد دارند جابجایی محموله ها را در میکروب های مرتبط با پزشکی مانند پاتوژن ها یا باکتری های بیماری زا بررسی کنند.