젊은 마음을 위한 국경

모든 박테리아가 나쁜가요?

우리는 공기,토양,신체의 다른 부분,심지어 요구르트,치즈,피클과 같은 우리가 먹는 음식에서도 거의 모든 곳에서 살기 때문에 항상 우리 주변에 많은 박테리아가 있습니다. 하지만 걱정하지 마세요! 대부분의 박테리아는 우리에게 좋습니다. 일부는 우리의 소화 시스템에 살고 우리가 우리의 음식을 소화하는 데 도움이,일부는 환경에 살고 우리가 호흡하고 지구에 살 수 있도록 산소를 생산. 그러나 불행히도,이 멋진 생물 중 일부는 때때로 우리를 아프게 할 수 있습니다. 우리가 의사를 볼 필요가있을 때입니다,누가 감염을 제어하는 약을 처방 할 수 있습니다. 그러나 이러한 약은 정확히 무엇이며 박테리아와 어떻게 싸웁니 까? 이 약들은”항생제”라고 불리며,이는”박테리아의 삶에 반대”를 의미합니다.”그들의 이름이 우리에게 말해 주듯이,항생제는 박테리아를 죽이거나 박테리아 세포 내부에서 작동하는 특정 과정을 막음으로써 성장을 막습니다. 박테리아가 성장을 멈 추면 우리 몸은 감염을 제거 할 수 있으며 기분이 나아집니다.

항생제의 개발은 현대 의학의 가장 큰 성공 중 하나입니다. 항생제는 의사가 1940 년대에 사용하기 시작한 이래로 수백만 명의 생명을 구했습니다.항생제는 거의 모든 유형의 세균 감염을 성공적으로 치료함으로써 인간이 훨씬 더 나은 삶을 살도록 도왔습니다. 그러나 우리처럼 박테리아도 똑똑합니다! 1940 년대부터 박테리아는 항생제의 영향을 극복하기위한 전술을 개발해 왔으며 오늘날 우리는 항생제에 의해 더 이상 죽을 수없는 박테리아를 점점 더 많이보고 있습니다. 이들은 항생제 내성 박테리아 또는”슈퍼 박테리아”로 알려져 있으며 전 세계 사람들의 건강에 심각한 위협이됩니다. 박테리아 감염을 막을 항생제가 없다면 손가락에 작은 감염된 상처만큼 단순한 것조차도 생명을 위협 할 수 있습니다. 따라서 항생제 내성 박테리아에 의한 감염을 치료하기 위해서는 새로운 항생제 형태의 새로운 무기가 필요합니다. 새로운 항생제를 찾으려면 먼저 박테리아 세포의 내부 작용을 완전히 이해해야합니다. 우리 연구소는 박테리아가 어떻게 작용하는지에 대해 매우 중요한 것을 이해하는 데 중점을 둡니다—박테리아가 박테리아 세포 분열 과정이라고도하는 하나의 세포에서 두 개의 세포가되는 방식.

모든 종류의 유기체와 마찬가지로 모든 박테리아는 종으로서 생존하기 위해 성장하고 번식해야합니다. 충분한 음식을 사용할 수있을 때,박테리아는 두 개의 새로운 세포를 만들기 위해,반으로 분할 한 후 크기를 두 배로 빠르게 증식. 박테리아는 세포 내부의 일종의 기계를 사용하여 이를 수행합니다. 지 링은 셀의 중간에 정확히 형성되며 셀 주위를 감 쌉니다. 셀이 분할 할 때,이 같은 크기의 두 개의 새로운 셀을 만듭니다. 분할하는 동안 셀 내부의 모든 것을 복사하고 두 개의 새로운 셀간에 동등하게 공유해야합니다. 이는 세포가 생존하는 데 필요한 모든 정보를 전달하는 박테리아의 코드와 같습니다. 새로운 세포가 이 정보의 가득 차있는 사본을 받지 않는 경우에,제대로 성장할 수 없고 살아나지 않을 것이다.

두 개의 건강한 세포를 생산하기 위해서는 세포의 정확히 중간에 지 링을 형성하는 것이 필수적입니다. 이로 인해 새로운 박테리아 세포의 절반 만 생존 할 수 있으며 이는 박테리아 성장에 좋지 않습니다. 여기에 매우 흥미로운 질문이 있습니다.박테리아 세포는 어떻게 지 고리가 세포의 중간에만 형성되고 다른 곳에서는 형성되지 않는지 확인합니까? 지 링이 형성되는 장소는 매우 중요하므로 지 링이 셀의 중간이 아닌 다른 곳에서 형성되는 것을 막기 위해 함께 작동하는 많은 시스템의 제어하에 있습니다.

지 링이 올바른 위치에 형성되는지 확인하는 것 외에도 셀은 지 링을 형성하고 나눌 정확한 시간을 감지해야합니다. 이것은 박테리아가 안으로 있는 환경에 대단히 달려 있다. 예를 들어,매우 춥거나 주변에 음식이 없으면 박테리아는 매우 천천히 자라며 자주 나눌 필요가 없습니다. 분할하는 박테리아를 위해 좋은 시간은 그들의 마음에 들는 음식의 많음이 간단한 설탕 유효할 때 이다. 이 상황에서 박테리아 세포는 빠르게 성장하고 매우 빠르게 분열하기 시작하여 음식이 다 떨어지기 전에 가능한 한 많은 새로운 박테리아가 생성되도록합니다. 그러나 문제는 박테리아가 환경에서 음식의 존재를 어떻게 감지하고 성장과 세포 분열을 가속화하기 위해이 정보를 사용합니까? 이것은 우리가 우리의 연구에서 대답하고 싶었던 질문입니다.

우리의 연구—박테리아 음식은 단순히 에너지를위한 것이 아니라 더 많은 것을합니다…….

음식은 성장하기 위하여 세포를 위한 에너지 그리고 빌딩 블록을 만들기 위하여 세포 안쪽에 나누어지고,이것을 하는 과정은 물질 대사로 알려져 있다. 다시 말해,우리가 연구에서 물었던 질문은:신진 대사가 박테리아의 세포 분열과 어떻게 연결되어 있습니까? 첫째,우리는 당신에게 신진 대사가 어떻게 작동하는지에 대해 조금 말할 필요가 있습니다. 효소는 물질 대사 도중 음식을 나누기를 위해 요구된 모든 화학 반응을 실행하는 세포 안쪽에 작은 분대입니다. 박테리아가 먹는 음식에서 오는 간단한 설탕인 포도당은 효소에 의해 다수 단계에 있는 분해됩니다,함께 해당 과정의 과정으로 알려져 있는(숫자 2 에이에 있는 주황색 상자). 해당 과정의 마지막 단계는 성장하기 위하여 세포를 위한 에너지 그리고 빌딩 블록을 생성하기 위하여 이용되는 피루브산에게 불린 화합물을 생성합니다.

앞서 말씀드렸듯이,건강한 박테리아 세포는 세포 중간에 지 링을 형성합니다(그림 2 비). 우리의 연구에서,우리는 해당 과정의 마지막 단계를 수행하는 효소가 누락 된 경우(박테리아가 더 이상 음식을 올바르게 처리하지 않는다는 의미)박테리아 세포가 중간 이외의 위치에서 지 링을 형성하기 시작한다는 것을 발견했습니다. 그림 2 에서 볼 수 있듯이 씨,해당 과정의 마지막 단계에 관여하는 효소가 부족한 세포는 세포의 한쪽 끝을 향해 지 고리를 형성합니다. 이것은 나쁜 소식입니다.이 세포들은 잘못 분열되어 하나의 큰 세포와 다른 아주 작은 세포를 만들어냅니다. 이 결과는 해당 과정의 마지막 단계가 세포 중간에있는 지 링의 올바른 위치에 매우 중요하다는 것을 보여주었습니다.

그런 다음 우리는 지 고리의 위치 변화가 해당 과정의 마지막 단계에 관여하는 효소가 없거나,이 효소 인 피루 베이트에 의해 생성 된 화합물이 없기 때문에 발생하는지 궁금해했습니다. (그림 2 참조). 우리는 효소를 제거하여 박테리아 세포가 더 이상 피루브산염을 스스로 생산할 수 없도록 한 다음 박테리아의 음식 공급원의 일부로 피루브산염을 첨가했습니다. 일반적으로,피루브산을 생성하는 효소가 부족한 세포는 세포 끝쪽으로 지 고리를 형성하지만,피루브산을 다시 첨가했을 때,박테리아는 건강한 박테리아 세포처럼 세포 중간에 지 고리를 형성하기 시작했다. 피루 베이트는 이러한 세포에 다시 추가 할 때 해당 과정의 마지막 단계에 관여하는 효소가 부족 세포에서 지 고리의 다른 위치를 살펴 가지고,도 2 기음,디.이 결과는 지 고리의 위치에 대한 중요한 효소 자체가 아니라는 것을 확인,하지만 그 제품-피루 베이트. 이것은 해당과정과 세포 분열에 관여하는 화학물질 사이의 연관성이 처음으로 나타났기 때문에,피루브산이 우리의 추가 실험의 초점이 되었습니다.

음식의 가용성은 어떻게 지 링 위치를 결정합니까?

피루브산이 세포 중간에서 고리 형성에 중요하다는 것을 발견하면서,우리는 신진 대사와 세포 분열의 과정이 어떻게 소통 하는지를 이해하는 것이 더욱 궁금해졌습니다. 우리는 피루브산이 생성될 때,다른 효소에 의해 세포 내에서 에너지를 생산하는 데 사용된다는 것을 알고 있습니다. 우리는이 두 번째 효소가 박테리아 세포 내부의 특정 장소에 있는지 궁금해했습니다.

유전자와 효소를 모두”빛”으로 만들어 현미경을 사용하여 세포 내부의 위치를 확인할 수 있습니다. 건강한 박테리아에서 우리는 효소와 유전자가 같은 장소에 위치하고 있으며,둘 다 세포 내부의 둥근 덩어리로 볼 수 있음을 발견했습니다(그림 3). 피루브산을 생산할 수 없는 세포에서는 효소가 유전자와 같은 위치에 더 이상 존재하지 않고,대신 효소가 세포의 두 끝으로 이동한다는 것을 발견했습니다. 이 고리는 제대로 분할하지 않는 세포에서 형성 지 같은 장소입니다. 우리는 이미 이 세포들에 피루브산염을 첨가하는 것이 지 고리를 다시 세포 중앙으로 이동시킨다는 것을 알고 있습니다.그래서 우리는 피루브산염이 효소의 위치를 이 정확히 무슨 일이 있었는지입니다! 이 결과는 피루브산이 세포 중앙에서 지 고리의 정확한 위치에 중요하다는 것을 보여 주었고,피루브산은 에너지를 만들기 위해 피루브산을 사용하는 효소와 협력하여 어떻게 든이 작업을 수행합니다. 피루브산과 효소가 같은 경로에서 함께 작용하기 때문에 이것은 의미가 있습니다.

우리의 결과는 신진 대사와 박테리아 세포 분열이 피루 베이트(그리고 에너지를 생산하기 위해 피루 베이트를 사용하는 효소)를 통해 서로 통신하여 지 링 형태를 보장한다는 것을 보여주었습니다. 잘 먹인 박테리아(제대로 피루브산을 만들 수 있음)에서 효소는 세포의 유전자와 같은 위치에 있습니다. 이 위치에서 효소는 세포 중간에 지 고리 모양을 돕는 것처럼 보이므로 세포가 올바르게 분열됩니다. 그러나,세포가 피루브산염을 만들지 않으면,효소는 잘못된 위치에 있게 되고,지 링도(세포의 끝을 향해)된다. 따라서 음식이 올바르게 처리되지 않고 피루 베이트가 생성되지 않으면 박테리아는 세포 분열 과정에서 실수를 저지르기 시작합니다. 이것은 유당 옹졸에 사람들에서 보이는 무슨이와 유사합니다. 그들이 우유를 마실 때,그들은 유당을 제대로 처리 할 수 없으므로 아프게됩니다. 따라서 음식을 올바르게 처리하고 건강 할 수있는 능력은 모든 생물에게 정말로 중요합니다. 식품이 박테리아에 있어야 하는 방식으로 처리되지 않을 때,지 링은 그렇지 않아야 하는 위치에 형성되며,이로 인해 세포가 잘못된 방향으로 분열되어 박테리아 개체수가 생존할 확률이 줄어듭니다. 이 분열 실수는 박테리아에 올바른 음식(피루 베이트 추가)을 제공함으로써 해결할 수 있으며,박테리아가 환경에서 음식을 사용하는 방식이 성장하고 분열하는 능력에 중요하다는 것을 보여줍니다.

왜 우리는 신진 대사 분열 링크에 관심이 있습니까?

이 연구에서 우리가 묻는 질문은 박테리아가 환경에서 음식 가용성을 어떻게 감지하고 음식의 존재가 세포 분열 과정에 어떤 영향을 미칩니 까? 음식을 쉽게 찾을 수 있으면 박테리아는 매우 빠르게 자라며 분열하지만 음식이 부족하면 훨씬 더 천천히 분열합니다. 박테리아가 음식의 다른 수준이 주변에 있을 때 다른 비율로 분할하기 위하여 알고 있는 방법 알려져 있지 않다. 박테리아가 특히 감염 중에 사용 가능한 음식 공급원을 어떻게 감지 할 수 있는지,그리고 음식 감지가 박테리아 성장을 어떻게 조절하는지에 대해 더 많이 이해함으로써 박테리아가 올바른 유형의 음식을 얻거나 음식을 적절하게 처리 할 수 없도록하는 것을 막을 수 있습니다. 이것은 박테리아가 올바른 음식을 얻지 못하거나 음식을 올바르게 처리하지 않으면 제대로 자랄 수 없기 때문입니다. 이것은 인간과 유사합니다—우리는 건강을 유지하기 위해 좋은 음식을 먹고 올바른 음식을 먹지 않으면 우리를 아프게 할 수 있습니다. 따라서”우리는 우리가 먹는 것”이라는 문구는 박테리아와 인간에게 똑같이 적용됩니다. 이 연구에서 우리는 박테리아 대사와 세포 분열 사이의 흥미로운 새로운 연관성을 발견했습니다. 그러나 이러한 프로세스는 매우 복잡하고 우리는 단지이 링크를 이해하려고 표면을 긁어있다-그래서 다음 단계는이 신비를 해결하는 것입니다.

이 기사의 시작 부분에서 항생제 내성 문제에 대해 이야기했습니다. 신진 대사와 세포 분열 사이의 연관성은 항생제 내성과 어떤 관련이 있습니까? 항생 저항의 문제점을 달려들기 위하여는,우리는 세균성 성장과 생존의 탐험되지 않는 양상을 표적으로 하는 새로운 항생제를 개발할 필요가 있습니다. 현재 사용 가능한 많은 항생제는 박테리아가 유전자,단백질 또는 박테리아 세포의 외부 층을 만들기 위해 사용하는 과정을 표적으로 삼습니다. 이 항생제는 매우 성공적 이었지만 박테리아는 항생제가있는 경우에도 이러한 과정을 계속 수행 할 수있는 전술을 개발했습니다. 이 작품에서 우리는 새로운 항생제에 대 한 대상으로 될 수 있는 박테리아의 신진 대사와 세포 분열 사이의 새로운 링크를 확인 했다. 우리가 박테리아가 피루브산을 만드는 것을 막을 수 있거나 피루브산을 사용하는 효소가 세포 내에 위치하는 곳을 바꿀 수 있다면 신진 대사와 세포 분열이 모두 중단되고 세포가 죽을 것입니다. 항생제가 세균성 생존(물질 대사와 세포 분열)를 위해 중요한 2 개의 다른 과정을 표적으로 하는 할 수 있는 경우에,이 과정의 둘 다에 항생제의 효력을 극복하기 위하여 전술을 개발해야 할 것이기 때문에,세균성 세포가 그 항생제에 저항하게 되는 것은 더 어려울 것입니다. 박테리아 세포가 달성하기 위해 항생제 내성을 훨씬 어렵게 만드는 것은 항생제 내성을 퇴치하기위한 새로운 해결책을 제공 할 것입니다.

용어

박테리아 세포 분열:하나의 박테리아 세포가 두 개의 세포로 분열하는 과정.

유전자:세포가 생존하는 데 필요한 모든 정보를 전달하는 세포 내의 코드입니다.

신진 대사:음식을 에너지로 전환시키는 데 관련된 모든 화학 과정을 함께 신진 대사라고합니다.

효소:반응이 빠르게 일어나는 데 도움이되는 생물학적 성분.

포도당:간단한 설탕.

해당 과정:포도당을 피루 베이트의 두 분자로 분해하는 경로.

피루 베이트:포도당이 분해 된 후 생성되는 화합물(대사).

이해 상충 성명

저자는 연구가 잠재적 인 이해 상충으로 해석 될 수있는 상업적 또는 재정적 관계가없는 상태에서 수행되었다고 선언합니다.

감사

호주 정부 연구 교육 프로그램 장학금에 의해 지원됩니다. 2015 년 10 월 15 일-2015 년 10 월 15 일-2015 년 10 월 15 일-2015 년 10 월 15 일2014 년 10 월 15 일,2015 년 10 월 15 일,2015 년 10 월 15 일,2015 년 10 월 15 일,2015 년 10 월 15 일,2015 년 10 월 15 일,2015 년 10 월 15 일,2015 년 10 월 15 일,2015 년 10 월 15 일,2015 년 10 월 15 일,2015 년 10 월 15 일,2015 년 10 월 15 일,2015 년 박테리아 세포 분열과 영양소 가용성 조정:해당 과정의 역할. 음 바이오 5(3):1-13. 도이:10.1128/음 바이오.00935-14