Science 重大突破：细胞分裂就跟砌房一样

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来源:生物 360 / 作者:李易潇 / 2017-02-17
" k7 D- h" ?  ]) b1 q细胞分裂是机体生命过程中的最关键机制。25 年来，我们已知细菌通过在其中心形成 Z 环而分裂成两部分，他们用这个把自己切割成两个子细胞。通过先进的显微镜技术，来自美国、英国、荷兰的国际科学家团队成功地发现了细菌是如何做到这一点的。这一研究 2 月 17 日发表在《 Science 》上。' D! G& }7 L$ z9 E& m
细菌细胞壁的形成过程类似于砌房，通过在移动的脚手架上砌砖来完成。分子是砖匠，蛋白质作为脚手架。细菌通过借助于多个分子“砖匠”，从外部建立一个新的细胞壁，这一过程大约需要 15 分钟。令人意外的是，分子“砖匠”沿着正在构建的细胞壁内侧通过“踏步”移动；细胞壁的构建在前面连续移动的蛋白质脚手架中进行，随后又连续地被拆除。
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颜色
8 R0 Q& |/ ?4 u: E5 b* Z研究人员通过先进的显微镜观察个体细菌来调查这一过程。这涉及在细胞壁材料上放置彩色标签。通过每次改变颜色，他们能够看到细菌从外面构建细胞壁。通过改变建筑材料的颜色，中间会有仅仅几秒钟的间断，研究人员看到，这不是一个渐进的过程，而是每次发生在不同位置的过程。驱动所有这一切的动力是 FtsZ，这种蛋白质会产生一个拱形的聚合物，通过一种 “踏步”现象移动。) _) d& o8 F( T( L0 m5 l
以蛋白质作为脚手架
  F; w0 r/ V% U6 u! j5 X1 e/ p文章的合作者 Cees Dekker 教授解释道：“使用踏步机，我们可以通过在前面添加东西来改变运动形式，同时也可以从后部移除某些东西。 “我们的研究表明，细胞也通过这种现象来构建细胞壁。”) G6 Z, K( a3 w0 Y
细胞壁是在许多协作蛋白的帮助下构建的，FtsZ 是最重要的部分。 “我们的新发现已经解决了 25 年以来 FtsZ 是如何协调细胞分裂的谜题，蛋白质就像一种脚手架，建筑工作发生在它上面，但是它不是滚动的脚手架，而是固定的，这使得蛋白质需要一直不断地更新自己。”
1 l; @4 t" E4 G7 y. K4 W; L# G细胞不断形成新的脚手架帮助构建细胞壁，比方说，在产生右侧的 FtsZ 脚手架时，会将左侧的 FtsZ 脚手架分解掉，FtsZ 脚手架沿着细胞壁移动。使细胞在 10-15 分钟之内可以构建好一个新的细胞壁。与此同时，其他蛋白质确保 DNA 在两个子细胞中适当地分开，或者膜被适当地关闭，等等。
: p: |$ N  B+ t- h9 j, e纳米盒
  q4 ?9 r+ O* |& k5 E; z2 A该研究是一个合作项目，涉及来自美国，英国和荷兰四个科学团体的科学家。这一研究中涉及纳米结构的生产，其中精确的固定好细菌。 “通过将纳米盒直立放置在显微镜上，我们能够以非常清晰的看到细胞的横截面，这使我们对 FtsZ 分子的动力学有一个极好的观察。 Dekker 解释道。
! x) o4 u% B6 e- q4 `' V2 [虽然这项研究本质上是基本的，但 Dekker 认为这种类型的研究在未来可能有实际的好处。 “一旦我们彻底了解细菌细胞如何分裂，它可以为替代抗生素铺平道路。这还有一段距离，但如果我们能够有针对性地破坏细菌细胞分裂，未来我们可能会有新的方式来对抗引起疾病的细菌。”% x, X  e0 B/ X9 |( e; b2 [
参考资料：
6 j; D/ Q% z: GCells divide by 'bricklaying on moving scaffolding
, h3 X# F& \" P- s; KTreadmilling by FtsZ filaments drives peptidoglycan synthesis and bacterial cell division
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