Бактерии обладают исключительной способностью сохранять и восстанавливать свою морфологию даже после того, как они потеряли форму. Исследователи знают, что форма определяется клеточной стенкой, но мало что известно о том, как бактерии контролируют и контролируют ее.
Поскольку клеточная стенка является целью большинства антибиотиков, понимание того, как бактерии растут свои клеточные стенки, может дать представление о более эффективных лекарствах.Теперь группа исследователей во главе с Гарвардской школой инженерии и прикладных наук им. Джона А. Полсона (SEAS) обнаружила, что кишечная палочка (E. coli) может использовать механические сигналы, чтобы сохранять свою форму.Исследование опубликовано в журнале Nature Microbiology.
«Это исследование может выявить некоторые основные принципы роста бактерий», — сказал Феликс Вонг, аспирант SEAS и соавтор статьи. «Мы показали, что связь роста клеточной стенки с механическим напряжением количественно согласуется с тем, как бактерии восстанавливали свою форму после деформации в экспериментах».Вонг и старший автор Ариэль Амир, доцент кафедры прикладной математики, начали с моделирования механики клеточной стенки E. coli в условиях ограничений, которые вынудили бактерии вырасти в форму пончика.
В предыдущем исследовании Амир заметил, что при аналогичных изгибающих силах бактерии пластически деформируются, то есть, когда изгибающая сила была снята, клетки E. coli вернулись к более прямой, но все же изогнутой форме. Это предполагает, что рост клеточной стенки может ощущать приложенную силу изгиба. Амир также обнаружил, что клетки распрямляются при дальнейшем росте, наблюдение, которое не было разрешено в этой статье.В последнем исследовании команда исследовала, может ли связь роста стенки с механической деформацией — как бактерия сжималась или растягиваться — может объяснить возврат и предсказать, как быстро бактерии будут выпрямляться при высвобождении.
Вонг и Амир ответили на этот вопрос с помощью теоретической модели, которая количественно предсказывала, как бактерии будут расти, чтобы восстановить свою прямую форму, и сколько времени на это потребуется.Затем вместе с экспериментальными группами докторов.
Ларс Реннер и Свен ван Тиффелен из Института исследований полимеров им. Лейбница и Центра биоматериалов Макса Бергмана в Германии и Института Пастера во Франции соответственно провели эксперимент с кишечной палочкой.Модели и эксперименты согласовывались друг с другом.
Скорость роста клеточной стенки, зависящая от механической деформации, предсказывала скорость выпрямления, соответствующую тому, что было обнаружено экспериментально.«Мы думаем, что предложенная нами идея бактерий напоминает рост растений», — сказал Вонг. «В области растений хорошо известно, что механические сигналы могут влиять на рост растений.
Наши исследования показывают, что то же самое может быть справедливо и для бактерий. Однако, если механические штаммы действительно были важным сенсорным сигналом для бактерий, тогда должен быть молекулярный механизм, воспринимающий механическое напряжение ».
Затем исследователи надеются идентифицировать и понять те молекулярные механизмы, которые могут стать новыми мишенями для антибиотиков в будущем.