Forståelse af membranen i membranløse organeller

Organeller i celler er små motorer, der indkapsler processer, der tillader cellerne at leve.

Men forskere har for nylig opdaget, at nogle organeller ikke er bundet af en membran, og at studere disse rum i bakterier kunne åbne døre for at forstå, hvordan man får nogle bakterier til at trives, og hvordan man modarbejder andre.

I løbet af det sidste årti, forskere har indset, at eukaryote celler-celler, der indeholder en membranbundet kerne og organeller-også bruger det, der kaldes membranløse organeller. Disse membranløse organeller begrænser en række processer til, at cellerne kan fungere korrekt, siger Anthony Vecchiarelli, adjunkt i molekylær, cellulær og udviklingsbiologi ved University of Michigan.

Nu, en UM-anmeldelse ledet af kandidatstuderende Christopher Azaldegui og herunder Vecchiarelli og Julie Biteen, lektor i kemi og biofysik, demonstrerer, hvordan membranløse organeller også fungerer i bakterieceller. Gennemgangen karakteriserer 10 eksempler på membranløse organeller, der findes i en række forskellige bakterier, som kan reguleres/dannes ved en proces kaldet væske-væskefaseseparation.

"Du kan tænke på det som når du blander olie med eddike:de forbliver begge flydende, men de adskiller sig fra hinanden, "Sagde Vecchiarelli.

Flydende dråber dannes, når biomolekyler, såsom proteiner og nukleinsyrer, såsom RNA, adskiller sig fra cellens cytoplasma. Disse væskedråber samles gennem svage interaktioner-enten protein-protein-interaktioner eller protein-nukleinsyre-interaktioner. Disse membranløse organeller er involveret i en lang række forskellige processer i bakterier såsom metabolisme, kromosomorganisation, kromosomsegregation, celledeling, patogenese og DNA -replikation, oversættelse og transskription.

Det er vigtigt at forstå, hvordan disse membranløse organeller fungerer, fordi de er meget mere lydhøre end membranbundne organeller over for ændringer i deres miljø, herunder temperaturen, surheden i cellecytoplasmaet eller tilgængeligheden af ​​næringsstoffer i cellen. For eksempel, Azaldegui beskriver en transportør i bakterietuberkulosen, der kan gennemgå faseseparation for at samle det maskineri, der er nødvendigt for tuberkulosens virulens. At forstyrre denne væske-væske-faseadskillelse ville forstyrre bakteriens sygdomsudvikling.

Vecchiarellis laboratorium studerer især carboxysomet, en carbonfikserende organel, der findes i cyanobakterier (ofte kaldet blågrønne alger), en type bakterier, der kan forårsage sygdom hos mennesker eller andre dyr, der støder på det. Men carboxysomet omdanner kuldioxid fra atmosfæren til sukker, som cyanobakterierne bruger til at vokse. Cyanobakterier, der fodrer med atmosfærisk kuldioxid, spiller en central rolle i den globale kulstofbinding.

"Bortset fra deres evne til at producere toksiner, cyanobakterier er også ansvarlige for at fastsætte næsten 35% af alt globalt kulstof, hovedsagelig på grund af carboxysomets kulstof-koncentreringsevne "sagde Vecchiarelli." At forstå, hvordan carboxysomet fjerner kuldioxid fra vores atmosfære, har bestemt en vigtig rolle i forståelsen af, hvordan man kan afbøde klimaforandringer. "

Forskere er lige nu begyndt at identificere membranløse organeller i bakterier, fordi bakterier er så meget mindre end eukaryote celler - i størrelsesordenen 10 til 100 gange mindre, siger Azaldegui. Med denne anmeldelse, Azaldegui håber at kunne tilbyde en platform til at studere membranløse organeller i bakterier på en mere standardiseret måde - i dette tilfælde, ved hjælp af en teknik kaldet superopløselig mikroskopi, en teknik, han udvikler i laboratoriet af Julie Biteen.

"Ved at bruge fluorescensmikroskopi til at detektere og præcist lokalisere placeringen af ​​et molekyle ad gangen, vi kan løse organisation og bevægelse, selv inde i bakterieceller. Denne tilgang er særlig vigtig, fordi den er kompatibel med levende celler, "sagde Biteen, lektor i kemi og biofysik.

Laserne og prøveforberedelsen skader ikke cellerne, og fluorescensbilleddannelse udføres i et standardbænkemikroskop, i modsætning til elektronmikroskopi, som kræver en vakuumatmosfære, hvor celler ikke kan leve.

"I professor Biteens laboratorium, vi har udviklet superopløsnings mikroskopi-værktøjer, der bryder den konventionelle opløsningsgrænse for faktisk at se strukturer på 10 til 30 nanometer skalaen, "Sagde Azaldegui." Jeg begyndte at tænke på, hvordan disse værktøjer ville være ganske nyttige til at studere membranløse organeller, og hvordan jeg kan udvikle en mere streng og kvantitativ måde til at vurdere disse dråber i bakterier. "