基尔大学基督教城市 某些荧光标记的蛋白质的最小系统(红色)可以看到他们的位置在乙
枯草杆菌细胞
通过单分子定位显微镜实现的蛋白质定位比常规光学显微镜精确约10倍
学分:教授
Marc Bramkamp 细菌作为单细胞生物，通常通过二元细胞分裂繁殖
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由单个细胞组成的整个有机体的复制
这允许特别快速的增殖，例如已知的病原体的指数增长，并且需要分离和分布细菌遗传物质的两个相同拷贝
在这个过程中，细菌细胞分裂的一个重要因素是其分裂的位置，分布遗传信息
对于许多细菌物种，如杆状细菌大肠杆菌，这一过程已经得到了很好的研究:在这里，一组被称为最小系统的蛋白质充当控制单元，并确保细胞正好在中间分裂
在基尔大学，由马克·布拉姆坎普教授领导的微生物生物化学和细胞生物学小组正在研究细菌的组织和繁殖机制，除其他外，他们正在利用这些机制来研究生物模式形成的普遍适用的原则
后者在生物学中至关重要，例如在复杂多细胞生物的发展中
在一篇新的研究论文中，来自基尔大学普通微生物研究所的布拉姆坎普和他的团队以枯草芽孢杆菌为例，研究了作为进化适应的结果，最小系统的蛋白质如何在细胞分裂过程中调节它们的功能
多亏了新颖的高分辨率成像技术和数学建模的应用，他们才能够显示出B
枯草芽孢杆菌不调节细胞分裂的位置，但在成功分裂后会停止分裂，这与许多其他杆状细菌不同
昨天，基尔的研究人员和路德维希-马克西米利安大学(LMU)的合作者在科学杂志《慕尼黑》上发表了新的结果
细胞分裂蛋白的不同动力学 为了理解蛋白系统的蛋白质在乙肝中的作用
枯草杆菌细胞，基尔研究小组最初选择了两步方法
先前实验的结果表明，参与细胞分裂的蛋白质不是静态的，而是根据其活性状态在细胞中动态移动的
因此，研究人员在实验中首先用荧光蛋白标记它们
使用一个特殊装备的荧光显微镜，他们能够实时跟踪细胞中蛋白质的运动
“在E
大肠杆菌，有一种所谓的振荡蛋白
在这个过程中，它们的存在在几秒钟内从细胞的一端移动到另一端
因此，平均分布在单元的精确中心是最低的
这正是隔膜，一个新形成的分隔壁，形成于E
大肠杆菌，”博士解释道
布拉姆坎普小组的研究助理胡庆炉·费德森
“在B
然而，枯草杆菌，我们不能用我们的测量来检测这样的振荡
然而，我们的观察表明，在细胞分裂开始后，最小蛋白从细胞极向中心移动
所以，虽然蛋白质动力学保存在B
“枯草杆菌，系统不能决定分裂的位置，”费德森补充说
为了获得细胞内蛋白质运动速度的精确概念，基尔团队在第二步中应用了一种局部去除荧光标记的方法
因此，通过用激光漂白，荧光被永久关闭，例如位于细胞分裂隔膜的蛋白质
尽管如此，不久之后在同一位置又发现了荧光蛋白——因此它们只能从细胞的另一个位置迁移到那里
“由此，我们能够非常精确地推断出蛋白在B细胞中的运动速度
微小
这些定量数据对于建立最小动力学的数学模型非常重要，”费德森总结了最重要的结果
为了证实在活细胞中观察到的过程，基尔的研究人员与LMU的物理学家欧文·弗雷教授的研究小组合作
在一个理论模型中，慕尼黑合作伙伴也能够从理论上证实闵系统的运动模式——这是一个重要的迹象，表明蛋白质系统对其功能至关重要的所有部分都已经在观测中得到确认
对活细胞的最高分辨率洞察 事实上，新的见解的越轨功能的民系统在乙
枯草芽孢杆菌直到现在才被发现，也是因为以前成像的分辨率不足以进行这种观察
基尔大学最近推出了单分子定位显微镜，这是一种高性能技术，可在活细胞中提供迄今为止最好的分辨率
这使得在纳米尺度上定位活细胞中的单个分子(如蛋白质)成为可能
与静态方法相比，这也使得跟踪它们的动态成为可能
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，单个蛋白质随时间的运动
“只有通过我们的高分辨率显微镜，我们现在才能够在下一步确定在B细胞分裂蛋白中发生聚集
微生物生物化学和细胞生物学小组的负责人布拉姆坎普强调
“有了新的显微镜技术，基尔大学现在在生物成像方面处于非常有利的地位
在生物中心的中央显微镜设备的框架内，我们大学不同学科的其他用户也可以使用它，”布拉姆坎普说，他也是成像设备的科学负责人
布拉姆坎普继续说:“这项技术在生物学中仍然很少使用，它向我们表明，一个显然众所周知的蛋白质系统在所研究的特定细菌中的功能可能与以前的假设大不相同。”
所以，虽然相同的蛋白质系统存在于大肠杆菌中
大肠杆菌和乙型肝炎
例如，枯草杆菌，它们执行完全不同的功能
“我们怀疑闵系在B
布拉姆坎普总结道:“枯草杆菌导致细胞分裂在成功传代后被阻断，换句话说，它影响活跃的细胞分裂装置，并确保它在成功分裂后不再继续工作。”
这种改编的原因可能是B
枯草芽孢杆菌追求一种特殊的生存策略——与大肠杆菌相反
例如，大肠杆菌——以孢子的形式形成永久状态，抵抗有害的环境影响
为了形成这些孢子，细胞必须在靠近细胞极的地方分裂
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通常不应进行分割的场所
因此，乙
枯草芽孢杆菌显然通过改变最小系统达到了这一要求，从而在孢子形成过程中实现了这种简单的细胞分化形式
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