Polimery białka FtsZ, współtworzące cytoszkielet bakterii, wcale nie są
długie. Wynik ten, stojący w sprzeczności z wieloma dotychczasowymi
pomiarami podawanymi w literaturze przedmiotu, otrzymali i
udokumentowali naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii
Nauk w Warszawie. Dzięki użyciu nowatorskiej metody pomiarowej
wyjaśniono jednocześnie przyczynę błędów we
wcześniejszych oszacowaniach.
 | | 1. W Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie udowodniono, że polimery
białka FtsZ, występującego w cytoszkieletach bakterii, są nawet
kilkanaście razy krótsze niż mierzono to w dotychczasowych pomiarach. Na
zdjęciu dr Sen Hou, główny autor badań. (Źródło: IChF PAN, Grzegorz
Krzyżewski) |
Dotychczasowe przekonania o budowie polimerów tworzących cytoszkielet
bakterii przynajmniej w części były błędne, wykazała grupa naukowców z
Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w Warszawie. "Udowodniliśmy,
że polimery FtsZ, jedne z elementów cytoszkieltu bakterii, są w
rzeczywistości nawet kilkunastokrotnie krótsze niż dotychczas
sądziliśmy", mówi dr Sen Hou z IChF PAN, główny autor publikacji
naukowej, która ukaże się w najbliższych dniach w czasopiśmie "Journal
of Biological Chemistry".
Szkielet cytoplazmatyczny to trójwymiarowa sieć włókien białkowych. Jej
udział w masie komórki jest wyraźny i wynosi zwykle kilkanaście procent.
Cytoszkielet odgrywa rolę nieco podobną do tej, jaką pełni kręgosłup u
człowieka. Do najważniejszych elementów cytoszkieletu należą rurkowate
struktury, zbudowane w komórkach eukariotycznych (z jądrem) z białka
tubuliny, oraz włókna polimerowe. Jeszcze niedawno sądzono, że szkielet
cytoplazmatyczny występuje wyłącznie w komórkach eukariotycznych. W
latach 90. ubiegłego wieku odkryto jednak, że jest obecny także w
bakteriach, gdzie obok tubuliny występuje jej homolog, białko FtsZ.
Białko FtsZ odgrywa ważną rolę na wczesnych etapach podziału komórki. Z
tego powodu cytoszkielet prokariotów jest obiektem intensywnych badań ze
strony naukowców poszukujących nowych antybiotyków. Związki chemiczne,
które by atakowały strukturę cytoszkieletu, uniemożliwiałby podział
komórek bakterii, a tym samym skutecznie wstrzymywałyby rozwój choroby.
Efektywność poszukiwań zależy jednak m.in. od stanu wiedzy o budowie
polimerów szkieletu cytoplazmatycznego.
W IChF PAN zbadano długość polimerów tworzonych przez białka FtsZ
występujące w cytoszkielecie bakterii Caulobacter crescentus. Po raz
pierwszy w pomiarach tego typu wykorzystano metodę dynamicznego
rozpraszania światła (Dynamic Light Scattering, DLS), potwierdzając
jednocześnie jej wysoką użyteczność.
Technika DLS, znana również jako spektroskopia korelacji fotonów,
polega na rejestrowaniu światła rozpraszanego wskutek ruchów własnych
cząsteczek, np. ruchów Browna. Rozpraszanie okazuje się tym bardziej
jednorodne, im mniejsze cząsteczki występują w roztworze. DLS umożliwia
zmierzenie rozmiarów cząsteczek mniejszych od mikrometra i badanie
procesów zachodzących w czasie od mikrosekund do minut.
Pomiary wykonane przez grupę z IChF PAN za pomocą dynamicznego
rozpraszania światła doprowadziły do zaskakującej obserwacji. Okazało
się, że typowy polimer FtsZ jest w rzeczywistości bardzo krótki. Składa
się z zaledwie 9-18 monomerów, a jego całkowita długość to ok. 100
nanometrów, czyli kilkunastokrotnie mniej niż przyjmowano dotychczas na
podstawie pomiarów z użyciem transmisyjnych mikroskopów elektronowych
(Transmission Electron Microscopy, TEM).
Zmniejszając i zwiększając tempo polimeryzacji roztworu z białkiem
FtsZ, badacze z IChF PAN wykazali, że podczas wylewania próbki na siatkę
miedziową, stosowaną do przygotowania preparatów dla mikroskopii TEM,
małe liniowe polimery zaczynają w ciągu kilku sekund tworzyć duże
zlepki. Przyjęte w literaturze światowej zawyżone wartości długości
polimerów w cytoszkielecie wynikały zatem z samej procedury
przygotowania próbek do badań pod mikroskopami TEM.
"Nasz wynik jest nie tylko dobrze udokumentowany, ale również lepiej
pasuje do obecnej wiedzy o chemicznym środowisku we wnętrzach komórek.
Nanolepkość cytoplazmy w bakteriach jest nawet kilkanaście tysięcy razy
większa niż wody. Gdyby polimery cytoszkieletu były długie, nie mogłyby
się odpowiednio szybko przemieszczać w cytoplazmie", mówi prof. dr hab.
Robert Hołyst z IChF PAN.
Prace nad polimerami białka FtsZ sfinansowano dzięki
interdyscyplinarnemu grantowi badawczemu przyznanemu przez Human
Frontier Science Program Organization oraz przez Unię Europejską z
Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach grantu TEAM
Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.
Źródło: Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk | 
