將細(xì)菌雕刻成極端形狀揭示了細(xì)胞分裂的粗糙性

西瓜和細(xì)菌有什么共同之處?Nature Communications的一項(xiàng)研究顯示，就像美味的水果一樣，微生物可以被塑造成不尋常的形狀。該論文由沖繩科學(xué)技術(shù)研究生院(OIST)的研究人員制作，將細(xì)菌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)從簡單的桿狀物改造成自然界中看不到的復(fù)雜形狀，顯示出這些生命形式的強(qiáng)大程度。

該研究以FtsZ蛋白為中心，F(xiàn)tsZ蛋白是細(xì)菌細(xì)胞分裂的主要調(diào)節(jié)因子。在分裂過程的早期，F(xiàn)tsZ充當(dāng)支架蛋白，其他細(xì)胞分裂蛋白聚集在其上。在此過程中，數(shù)千個(gè)FtsZ分子在細(xì)胞中間聚集在一起，形成一個(gè)稱為Z環(huán)的圓形結(jié)構(gòu)的多個(gè)復(fù)合物。

在模型細(xì)菌大腸桿菌中，Z-環(huán)在細(xì)胞分裂部位產(chǎn)生。但是，結(jié)構(gòu)細(xì)胞生物學(xué)部門的比爾·索德斯特羅姆博士想知道在所有情況下是否總是這樣：“這個(gè)環(huán)在中間細(xì)胞的圓周上形成，但我想知道細(xì)胞形狀本身在創(chuàng)造它的重要性。細(xì)胞不是棒狀的，Z環(huán)還是圓的嗎?“

從本質(zhì)上講，Söderström博士想知道他是否可以圍成一圈?？吹轿鞴铣砷L為盒狀的靈感，他的第一步是看他是否可以讓桿狀細(xì)菌細(xì)胞長成立方體。該技術(shù)已經(jīng)存在：以前在OIST進(jìn)行的研究采用了一種微尺度框架，該框架已成功用于將細(xì)菌細(xì)胞直立放置，而不是平放在瓊脂糖墊的表面 - 類似于雞蛋直立放在蛋盒中的方式。

這些框架由亞歷山大的微加工實(shí)驗(yàn)室的Alexander Badrutdinov博士建造，因此Söderström博士詢問是否可以修改設(shè)計(jì)以使用方形。一個(gè)簡單的修改后，該團(tuán)隊(duì)將生長的細(xì)菌細(xì)胞引入他們新的四四方方的家中。然后該團(tuán)隊(duì)添加了化學(xué)物質(zhì)，降低了細(xì)胞的結(jié)構(gòu)完整性，使其變得不規(guī)則形狀的模具。

就像西瓜一樣，細(xì)菌適應(yīng)了它們的新環(huán)境并變成了盒子形狀 - 而Z形環(huán)現(xiàn)在是Z形正方形。從那里開辟了可能性：環(huán)形成的其他形狀是什么?構(gòu)建了新的納米制造框架。制作了心形，三角形，五邊形，十字形，半月形甚至星形，并在每個(gè)中形成細(xì)菌。每個(gè)形狀都成功地塑造了細(xì)菌及其Z形??環(huán)。

“真的，我們最終還是為了好玩而做了這些額外的形狀，”Söderström博士笑著說，“但它的核心是非?；A(chǔ)的科學(xué)。”

簡單是騙人的。Söderström博士的觀察告訴我們非常基本的生物學(xué)，這些生物學(xué)是如何形成這些細(xì)胞結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。該研究表明，這些細(xì)胞可以在非常嚴(yán)格的條件下應(yīng)對生長和形成分裂環(huán)。這是一個(gè)簡單的科學(xué)，但它可能會對未來的研究產(chǎn)生更大的影響。

許多抗生素靶向與細(xì)胞分裂和FtsZ維持的支架密切相關(guān)的細(xì)胞功能。在尋找開發(fā)新抗生素的方法時(shí)，人們需要尋找其他地方而不是細(xì)胞形狀。“我們的研究表明，Z形環(huán)非常堅(jiān)固 - 幾何形狀不是形成環(huán)的障礙，”Söderström博士說。

雖然細(xì)菌可以采取的形狀可能會令人驚訝，但看到這種微生物的適應(yīng)性是多么令人震驚 - 并且在抗生素抗性的時(shí)代，它及時(shí)提醒科學(xué)家在尋找打擊方式時(shí)所面臨的彈性他們。

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