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 już bakteria wytworzy taką sporę - bardzo trudno się jej pozbyć, co jest problemem w dezynfekcji i walce z infekcjami bakteryjnymi.

Naukowcy z Pracowni Traslatomiki IBB 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.

Z badań, które ukazały się w “Nature Communications”  wynikło, że w komórkach B. subtilis proces translacji (a więc tłumaczenie kodu genetycznego na białka) 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.

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

„Po przetransportowaniu chromosomu do prespory, budowa asymetrycznej przegrody ulega znacznej rearanżacji” - objaśnia 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 nowopowstałej 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 oraz 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).

Nauka w Polsce

lt/ agt/