发现细菌分裂的新机制

大多数杆状细菌在其DNA安全复制并分离到细胞的相对两端后，通过在中间分裂成两个分裂。这个看似简单的过程实际上需要紧密和精确的协调，这是通过两个生物系统实现的：核仁闭塞，保护细胞的遗传物质免于分裂，直到它复制和分离，和“微细胞”系统，定位分裂的位置在细胞的中间，形成分隔壁以将其分成两部分。

但是一些致病细菌，例如结核分枝杆菌，不使用这些机制。EPFL科学家现在已经将光学和原子力显微镜结合起来，首次跟踪这种细菌的分裂，并发现它们沿着它们的长度使用起伏的“波浪模式”来标记未来的分裂位置。该研究结果发表在Nature Microbiology上。

这项工作由EPFL的John McKinney和Georg Fantner的实验室联合进行。科学家们想要了解没有核子闭塞基因和微细胞系统的细菌如何“决定”何时何地分裂。这很重要，因为许多致病菌属于这一类，并且知道它们如何分裂可以开辟新的方法来对抗它们。

研究人员专注于结核分枝杆菌(Mycobacterium smegmatis)，一种结核分枝杆菌的非致病性亲属。这些细菌都没有使用两种“常规”生物系统来协调分裂，这意味着需要非传统的方法来研究它们。

研究人员将两种类型的显微镜结合起来跟踪细菌的生命周期。第一种技术是光学显微镜，它使用荧光标记“观察”各种生物结构和生物分子。第二种技术是原子力显微镜，它通过一个微小的机械探针“感觉”表面，在细胞表面提供极高分辨率的结构图像，就像一个盲人可以形成一个物体的三维心理图像将手从表面上移开。“这个实验构成了有史以来对生长细胞进行的最长的连续原子力显微镜实验，”Georg Fantner说道，而John McKinney补充道：“它说明了新技术的力量，不仅可以用更高的分辨率分析我们已经知道的东西，而且也发现了我们没有预料到的新事物。“

通过结合这两种技术的定制仪器，科学家们创造了多代细菌生长和分裂的长期时间流逝。出乎意料的是，他们发现细菌在其长度上产生起伏的“槽状”图案。在分枝杆菌细胞的起伏表面上的这些形态学界标对应于未来的细胞分裂位点。

波谷大致是重复的波浪，科学家们计算出这些波的平均波长约为1.8微米，振幅太小而无法用常规显微镜(约100纳米)分辨。这可能是之前未报告波形波谷的原因。

延时图像还显示，在分枝杆菌分裂后，新的“子”细胞继承了“母”细胞的波谷模式，并最终在最中心的波谷处分裂。

波谷在用作分区之前可以形成三代。根据该研究的第一作者亚历山大·埃斯坎达里安(Alexander Eskandarian)的说法，这些形态学特征“是迄今为止最早的细菌未来分裂地点的标志性建筑”。在这些观察的基础上，未来的研究将集中于确定负责波谷形成和传播以及细胞分裂机制的招募的潜在机制。