照亮细菌细胞分裂

想象一下，试图打败一支每20分钟可以使其人口规模翻倍的入侵者队伍。这就是人体感染大肠杆菌(E. coli)的有害菌株所面临的情况，大肠杆菌是一种可迅速繁殖并引起许多令人不快和有潜在危险的疾病的细菌，如腹泻，呼吸道疾病和肺炎。

随着全球抗生素耐药性的上升，科学家们拼命寻求新的方法来对抗细菌感染药物。防止细菌细胞分裂和繁殖的一种有效方法是靶向细胞分裂机制。然而，为了实现这一点，需要更详细地描述机器本身的结构和组织。

冲绳科学技术研究生院(OIST)结构细胞生物学研究所的研究人员与斯德哥尔摩大学的研究人员合作，阐明了大肠杆菌细胞分裂的机制。他们的研究最近发表在分子微生物学。

从长远来看，这项研究可以帮助确定用抗生素靶向细菌的新方法。“如果我们能够更好地了解细菌细胞分裂的机制，那么我们就可以尝试制造破坏这些机制的药物，”该论文的第一作者比尔•索德斯特伦说。

大多数细菌细胞通过二分裂进行复制，其中母细胞收缩并分离成两个相同的子细胞。在细胞分裂过程中，一种叫做“divisome”的大分子机器在细胞内组装。研究人员揭示了来自大肠杆菌divisome，'FtsZ'和'FtsN'的两种关键蛋白的空间组织。

长期以来，细胞生物学家一直认为，分裂体中的所有蛋白质都聚集在一个大的超复合体中。传统的荧光显微镜具有相对较低的分辨能力，这意味着非常靠近的相邻物体有时看起来像是单个实体。然而，使用OIST提供的尖端成像技术称为超分辨率受激发射耗尽(STED)纳米技术，研究人员能够将纳米尺度的分裂机制可视化。“通过更好的分辨率，我们能够看到两个蛋白质环之间的差异，并推断细胞分裂过程的细节，”Söderström说。

研究人员使用两种荧光颜色分别标记绿色和红色的FtsZ和FtsN，这两种蛋白质都定位在大型组件中，这些组件在分区周围分布不均匀。在分裂过程的早期，这两种蛋白质形成非重叠的斑状环。随着细胞分裂的进行，由FtsZ形成的绿环在由FtsN形成的红环内移动。这些蛋白质并不总是重叠但被分成几组的发现表明，这种蛋白质不能作为单一的分子机器运行。相反，每个蛋白质组都起着特定的作用。

通过更详细的细胞分裂机制图片，生物学家可以设计新的抗生素，以防止细菌细胞分裂和繁殖。“下一步是研究更多的细胞分裂蛋白质，并找出我们应该用药物作为目标的蛋白质，”Söderström说。