Bakteriler stres altında bölmek ve hayatta kalmak için farklı stratejiler kullanırlar

Laboratuvar koşulları altında, birçok ortak bakteri çoğalır ve simetrik yarılara bölünür. Ancak, sınırlı kaynaklarla gerçek dünyada, koşullar, bu tür dikkatli planlanmış büyüme için her zaman ideal değildir.

Chicago Üniversitesi'nden bilim adamları tarafından yapılan yeni bir araştırma, siyanobakterilerin (bitkiler gibi fotosentez yoluyla enerji üreten bakterilerin) farklı ışık seviyelerine tepki olarak nasıl büyüdüklerini ve böldüklerini değiştirdiğini göstermektedir. Tipik ışık koşullarında, hücreler nispeten kısa kalır ve simetrik olarak bölünür. Fakat ışık karardığında, hücreler daha uzun büyür ve düzensiz şekilde bölünerek farklı uzunluklarda iki kız hücresi ortaya çıkar. Araştırmacılar bunun, bu bakterilerin ideal koşullardan daha az hayatta kalmasına yardımcı olmak için evrimleşen bir hayatta kalma stratejisi olabileceğine inanıyor.

"Gerçek dünyada, çoğu bakteri bazı besinlerin yetersiz beslenmesinde yetersiz kalmaktadır ve bunlar sadece yiyebilecekleri bir şeylerin puflanmasına yol açmaktadır," diyor moleküler genetik, hücre biyolojisi ve fizik profesörü olan Dr. Michael Rust, araştırmanın kıdemli yazarı. “Muhtemelen evrimin seçtiği şey, uzun süredir açlığı tolere etme ve bu nadir kaynakları olabildiğince verimli kullanma becerisidir.”

Yeni çalışmalarında, Cell Systems'ın son sayısında kapak makalesi olarak yer alan Rust ve Yi Liao, doktorasının doktora sonrası araştırmacılarından PhD, Synechococcus elongatus'taki hücre bölünmesini izlemek için hızlandırılmış görüntüleme kullanmış, çubuk şeklinde bir cyanobacterium . Araştırmacılar, enerji kaynaklarını sınırlayarak hücrelerin stresine neden olan loş ışık koşullarında, S. elongatuscelllerin normalden daha uzun süre büyüdüğünü gördüler. Işıklar tekrar çevrildiğinde, sekiz mikrometreden daha kısa hücreler simetrik olarak ayrılırlar, ancak bu uzunluktan daha büyük olan bölümler düzensiz hale gelir ve tipik olarak bir kısa kız (yaklaşık üç mikrometre) ve daha uzun bir tane üretir.

Birçok bakteride, bir ana hücrenin ikiye böldüğü pozisyon, Min sistemi denen bir hücre tarafından kontrol edilen bir grup protein tarafından kontrol edilir. Tipik bir kısa hücrede, proteinlerden biri, MinC, bir uçta havuzlar ve daha sonra her birkaç dakikada bir karşı uca hareket eder. İleri geri sıçradıkça, MinC proteinleri ortada bir su balonu sıkmak ve ileri geri hareket ettirmek gibi uçlarında ve daha az hücresinde daha fazla zaman harcarlar. MinC hücre bölünmesini engellediğinden, bu salınım, hücrenin bölünebileceği ortada bir tür zayıf nokta yaratır.

Min sisteminin uzun hücrelerde görülen asimetrik bölünmelerden sorumlu olup olmadığını görmek için Liao ve Rust, MinC proteinini hareketlerini takip etmelerini sağlayan bir flüoresan işaretleyici ile etiketledi. Min sisteminin hücre uzunluğuna bağlı olarak farklı desenler sergilediğini bulmuşlardır. Proteinler, kısa hücrelerde karakteristik, geri-ileri osilasyon paterni tuttular, fakat çok-bantlı salınımlar, hareket eden dalgalar ve diğer daha karmaşık desenler de dahil olmak üzere daha uzun hücrelerde çeşitli dinamik desenler oluşturdular. Uzun hücrelerdeki tüm bu modellerde, MinC'siz bir bölge her zaman hücrenin bitiminden yaklaşık üç mikrometrelik olarak görülmüştür, bu da hücrelerin merkezden uzaklaşmasına ve belirli bir büyüklüğün kısa bir kızının yapılmasına izin verir.

Liao, "Kalıpların geometrik olarak hassas olduğu için değiştiğini düşünüyoruz, bu yüzden değişen bir hücre boyutuna uyum sağlayabiliyor." Dedi. "Bu farklı kalıpları oluşturma yeteneği, daha kısa hücrelerin, simetrik ve daha uzun hücreleri kısa kız hücrelerini üretmeye bölmesine izin verir."

Rust ve Liao, bakterilerin stresli koşullar altında farklı uzunluklara neden ayrıldıklarından emin olmadıklarını veya bir uzunluğun diğerine göre avantaj sağlayıp sağlamadıklarını söyledi. Daha küçük hücreler kaynakları bulmak için daha iyi manevra yapabilirler. Uzanmak, hücrenin loş koşullarda ışık absorbe etmesi için daha fazla yüzey alanı verebilir. Uzunluğun patojenler için bir savunma mekanizması olduğuna dair kanıtlar bile vardır, çünkü bağışıklık hücresinin gerçekten uzun bir bakteri hücresi içine sokması daha zordur.

Her iki durumda da, Rust, bakterilerin gerçek dünya koşulları altında nasıl büyüyüp geliştiğini anlamada antibiyotik kullanma stratejilerine yardımcı olabileceğini söyledi. Örneğin, birisine bulaşabilmek için hücrelerin belirli bir uzunlukta olması gerekebilir ya da sadece kendilerini uzatırlar ve zor zamanlardan kurtulmanın bir yolu olarak bölünmezler. Araştırmacılar bunu kendi avantajlarına göre kullanabilirler ve Min sistemine müdahale etme yolları geliştirebilir ve hayatta kalmak için bakterilerin hilelerini bozabilirler.

Rust, “Bu, optimal olmayan koşulların biyolojisinin bütün bu gizli dünyası” dedi. “Yaşamın nasıl davrandığına dair yeni kuralları ortaya çıkarabilecek olan organizmaların nasıl geliştiğini ve zorlu koşullarda nasıl geliştiğini anlayabiliriz.”