Grenser For Unge Sinn

Er Alle Bakterier Dårlige?

vi har alltid masse bakterier rundt oss, da de lever nesten overalt-i luft, jord, i forskjellige deler av kroppen vår, og til og med i noen av maten vi spiser, som yoghurt, ost og pickles. Men ikke bekymre deg! De fleste bakterier er gode for oss. Noen lever i våre fordøyelsessystemer og hjelper oss med å fordøye maten vår, og noen lever i miljøet og produserer oksygen slik at vi kan puste og leve på Jorden. Men dessverre kan noen av disse fantastiske skapningene noen ganger gjøre oss syke. Dette er når vi trenger å se en lege, som kan foreskrive medisiner for å kontrollere infeksjonen. Men hva er disse medisinene og hvordan kjemper de med bakterier? Disse medisinene kalles «antibiotika», som betyr » mot bakteriens liv.»Som navnet forteller oss, dreper antibiotika enten bakterier eller stopper dem fra å vokse ved å stoppe en bestemt prosess fra å jobbe inne i bakteriecellen. Når bakteriene slutter å vokse, kan kroppene våre fjerne infeksjonen og vi føler oss bedre.

utviklingen av antibiotika er en av de største suksessene i moderne medisin. Antibiotika har reddet millioner av liv siden leger begynte å bruke dem på 1940-tallet. Antibiotika har hjulpet mennesker til å ha mye bedre liv ved å behandle nesten alle typer bakterielle infeksjoner. Men som oss, bakterier er smart, også! Siden 1940-tallet har bakterier utviklet taktikk for å overvinne effekten av antibiotika, og i dag ser vi flere og flere bakterier som ikke lenger kan drepes av antibiotika i det hele tatt. Disse har blitt kjent som antibiotikaresistente bakterier eller «superbugs», og de er en alvorlig trussel mot helsen til mennesker over hele verden. Hvis vi ikke har antibiotika for å stoppe bakterielle infeksjoner, kan selv noe så enkelt som et lite infisert kutt på fingeren bli livstruende. Derfor er nye våpen, i form av nye antibiotika, nødvendig for å behandle infeksjoner forårsaket av antibiotikaresistente bakterier. For å finne nye antibiotika må vi først forstå bakteriecellens indre arbeid. Vårt laboratorium fokuserer på å forstå noe veldig viktig om hvordan bakterier fungerer – måten bakterier blir to celler fra en celle, også kalt prosessen med bakteriell celledeling.

Den Bakterielle Måten Å Bli To Fra En

som alle slags organismer må alle bakterier vokse og formere seg for å overleve som en art. Når tilstrekkelig mat er tilgjengelig, multipliserer bakterier raskt ved å doble i størrelse og deretter splitte i halvparten for å skape to nye celler . Dette er prosessen med «divisjon» vist I Figur 1A. Bakterier bruker en slags maskineri inne i cellen for å gjøre dette, som er kjent Som En Z-ring (grønn ring I Figur 1). Z-ringen dannes nøyaktig i midten av cellen og brytes rundt cellen. Når cellen deler seg, oppretter dette to nye celler som har samme størrelse. Under divisjonen må alt inne i cellen kopieres og deles likt mellom de to nye cellene. Dette inkluderer bakterielt DNA (vist som brune flekker inne i cellen I Figur 1), som er som en kode for bakterier som bærer all informasjon som trengs for at en celle skal overleve. Hvis nye celler ikke mottar en fullstendig kopi av denne informasjonen, kan de ikke vokse riktig og vil ikke overleve.

dannelsen Av Z-ringen på nøyaktig midten av cellen er viktig for å produsere to friske celler; ellers vil en celle ikke inneholde DNA og vil dø (Figur 1b). Dette resulterer i at bare halvparten av de nye bakteriecellene overlever, noe som ikke er så bra for bakteriell vekst. Her kommer et veldig interessant spørsmål-hvordan sørger en bakteriecelle for At Z-ringen bare dannes midt i cellen og ikke noe annet sted i cellen? Stedet Hvor Z-ringen dannes er så viktig at den er under kontroll av mange systemer som jobber sammen for å stoppe Z-ringen fra å danne noe annet enn midten av cellen.

i tillegg til å sørge For At Z-ringen dannes på riktig sted, må en celle også fornemme riktig tid for å danne Z-ringen og dele seg. Dette avhenger veldig mye av miljøet som bakteriene er i. For eksempel, hvis det er ekstremt kaldt eller hvis det ikke er mat rundt, vokser bakterier veldig sakte og trenger ikke å dele seg veldig ofte. En god tid for bakterier å dele er når mange av deres favorittmat, som enkle sukkerarter, er tilgjengelige. I denne situasjonen vil bakteriecellene vokse raskere og begynne å dele seg veldig raskt, for å sikre at så mange nye bakterier som mulig produseres før maten går tom. Men spørsmålet er-hvordan føler bakteriene tilstedeværelsen av mat i sitt miljø og bruker denne informasjonen til å øke veksten og celledeling? Dette er spørsmålet vi ønsket å svare på i vår studie.

Vår Studie-Bakteriell Mat er Ikke Bare For Energi, Det Gjør Mer……

Mat brytes ned i en celle for å lage energi og byggesteiner for cellen å vokse, og prosessen som gjør dette er kjent som metabolisme. Så, med andre ord, spørsmålet vi spurte i vår studie var: hvordan er metabolisme knyttet til celledeling i bakterier? Først må vi fortelle deg litt om hvordan metabolisme fungerer. Enzymer er små komponenter inne i celler som utfører alle kjemiske reaksjoner som kreves for å bryte ned mat under metabolisme. Glukose, som er et enkelt sukker som kommer fra maten som bakterier spiser, brytes ned av enzymer i en rekke trinn, som sammen er kjent som glykolyseprosessen (oransje boks I Figur 2a). Det siste trinnet med glykolyse produserer en forbindelse kalt pyruvat som brukes til å generere energi og byggesteiner for cellen å vokse.

som vi fortalte deg før, danner en sunn bakteriell celle En Z-ring i midten av cellen (Figur 2b). I vår studie har vi funnet ut at hvis enzymet som utfører det siste trinnet av glykolyse mangler (noe som betyr at bakterier ikke lenger behandler maten riktig), begynner bakteriecellen å danne Z-ringen på andre steder enn midten. Som Du kan se I Figur 2C, celler som mangler enzymet involvert I det siste trinnet av glykolyse danner Z-ringer mot den ene enden av cellen. Dette er dårlige nyheter, og disse cellene deler seg feil, produserer en stor celle og en annen veldig liten celle som ikke inneholder NOE DNA, og så kan ikke lenger overleve. Dette resultatet viste oss at dette siste trinnet med glykolyse er svært viktig for riktig posisjonering Av Z-ringen i midten av cellen.

vi lurte da på om denne endringen i posisjonen Til Z-ringen skjer fordi enzymet involvert i det siste trinnet av glykolyse mangler, eller fordi forbindelsen produsert av dette enzymet, pyruvat, mangler? (Se Figur 2a). Vi testet denne muligheten ved å fjerne enzymet, slik at bakterieceller ikke lenger kunne produsere pyruvat selv, og så la vi til pyruvat som en del av bakteriens matkilde. Normalt mangler celler enzymet Som skaper pyruvat, z-ringer mot endene Av cellene, men når pyruvat ble tilsatt igjen, begynte bakteriene å danne Z-ringene i midten av cellen, som sunne bakterieceller gjør. Ta en titt På de forskjellige posisjonene Til Z-ringer i celler som mangler enzymet involvert i det siste trinnet av glykolyse, og når pyruvat legges tilbake til disse cellene, I Figur 2C, D. dette resultatet bekreftet at det ikke er enzymet selv som er viktig for posisjonen Til Z—ringen, men dets produkt-pyruvat. Dette var første gang det ble vist en sammenheng mellom et kjemikalie involvert i glykolyse og celledeling, og pyruvat ble da fokus for våre videre eksperimenter.

Hvordan Bestemmer Tilgjengeligheten Av Mat Z-Ringsposisjonen?

med funnet at pyruvat er viktig For z-ringdannelse i midten av cellen, ble vi enda mer nysgjerrige på å forstå hvordan prosessene for metabolisme og celledeling kommuniserer. Vi vet at når pyruvat produseres, blir det da brukt av et annet enzym for å produsere energi i cellen. Vi lurte på om dette andre enzymet var plassert på et bestemt sted inne i en bakteriell celle, som hjelper Z-ringformen i midten.

ved å gjøre BÅDE DNA og enzym «glød», kan vi se hvor de befinner seg inne i cellen ved hjelp av et mikroskop. I sunne bakterier fant vi at enzymet OG DNA var plassert på samme sted, hvor de begge kunne ses som runde flekker inne i cellen (Figur 3). I celler som ikke kunne produsere pyruvat, fant vi at enzymet ikke lenger var tilstede på SAMME sted som DNA, i stedet flyttet enzymet mot de to ender av cellen. Dette er det samme stedet Hvor Z-ringer dannes i cellene som ikke deler seg riktig. Vi vet allerede at tilsetning av pyruvat til disse cellene skifter Z-ringen tilbake til midten av cellen igjen, så vi lurte på om pyruvat også ville endre plasseringen av enzymet tilbake til HVOR DNA ble funnet. Dette er akkurat hva som skjedde! Disse resultatene viste at pyruvat er viktig for riktig posisjonering Av Z-ringen i midten av cellen, og pyruvat gjør dette på en eller annen måte ved å jobbe med enzymet som bruker pyruvat til å lage energi. Dette er fornuftig, fordi pyruvat og enzymet jobber sammen i samme vei.

Våre resultater viste at metabolisme og bakteriell celledeling kommuniserer med hverandre gjennom pyruvat (og enzymet som bruker pyruvat til å produsere energi) for å sikre At Z-ringen dannes på riktig sted. I godt matet bakterier (som kan riktig gjøre pyruvat), er enzymet plassert på samme sted SOM DNA i cellen. På dette stedet synes enzymet å hjelpe Z-ringformen i midten av cellen, slik at cellen deler seg riktig. Men hvis cellene ikke gjør pyruvat, enzymet ender opp på feil sted, Og Det gjør Z-ringen (mot endene av cellen). Så når maten ikke behandles riktig og pyruvat ikke produseres, begynner bakterier å gjøre feil i celledeling prosessen. Dette ligner på det som ses hos personer med laktoseintoleranse. Når de drikker melk, kan de ikke behandle laktose riktig og blir derfor syke. Så evnen til å behandle mat riktig og være sunn er veldig viktig for alle levende ting. Når maten ikke behandles slik den skal være i bakterier, Dannes Z-ringen på steder der Den ikke skal være, noe som gjør at cellene deler seg på feil måte, noe som reduserer antall bakteriers sjanse for at bakteriepopulasjonen overlever. Denne feilen i divisjon kan løses ved å gi bakterier riktig mat (legge tilbake pyruvat), som viser at måten bakterier bruker maten i sitt miljø er kritisk for deres evne til å vokse og dele seg.

Hvorfor Bryr Vi Oss Om Metabolismen–Divisjon Linken?

spørsmålet vi stilte i denne studien var: hvordan registrerer bakterier mattilgjengelighet i miljøet og hvordan påvirker tilstedeværelsen av mat prosessen med celledeling? Når mat er lett å finne, vokser bakterier og deler seg veldig raskt, men de deler seg mye langsommere når maten er knappe. Hvordan bakterier vet å dele på ulike priser når ulike nivåer av mat er rundt er ikke kjent. Ved å forstå mer om hvordan bakterier kan fornemme tilgjengelige matkilder, spesielt under infeksjon, og hvordan sensing av mat styrer bakterievekst, kan vi stoppe bakterier fra å få riktig type mat eller fra å kunne behandle maten riktig, noe som kan stoppe dem fra å dele seg og hindre dem i å forårsake infeksjoner. Dette skyldes at bakterier ikke kan vokse riktig hvis de ikke får riktig mat eller hvis de ikke behandler mat riktig. Dette ligner på mennesker – vi spiser god mat for å holde seg frisk og ikke spise riktig mat kan gjøre oss syke. Derfor gjelder uttrykket «vi er det vi spiser» like for bakterier og mennesker. Fra denne studien har vi funnet en spennende ny sammenheng mellom bakteriell metabolisme og celledeling. Men disse prosessene er svært komplekse, og vi har bare skrapet overflaten for å prøve å forstå denne lenken—så neste skritt vil være å løse dette mysteriet.

i begynnelsen av denne artikkelen snakket vi om spørsmålet om antibiotikaresistens. Hva har sammenhengen mellom metabolisme og celledeling å gjøre med antibiotikaresistens? For å takle spørsmålet om antibiotikaresistens må vi utvikle nye antibiotika som retter seg mot uutforskede aspekter av bakteriell vekst og overlevelse. Mange av de tilgjengelige antibiotika mål prosesser som bakterier bruker til Å lage ENTEN DNA, proteiner eller det ytre laget av bakteriecellen. Disse antibiotika har vært svært vellykket, men bakterier har utviklet taktikk for å fortsette å gjøre disse prosessene, selv i nærvær av antibiotika. I dette arbeidet identifiserte vi en ny sammenheng mellom metabolisme og celledeling i bakterier, som kan tjene som et mål for nye antibiotika. Hvis vi kunne stoppe bakterier fra å lage pyruvat, eller endre hvor enzymet som bruker pyruvat ligger i cellen, vil både metabolisme og celledeling bli forstyrret og celler vil dø. Hvis et antibiotika kan gjøres som retter seg mot to forskjellige prosesser som er viktige for bakteriell overlevelse( metabolisme og celledeling), vil det være vanskeligere for bakteriecellen å bli resistent mot det antibiotika, siden det må utvikle taktikk for å overvinne effekten av antibiotika på begge disse prosessene. Å gjøre antibiotikaresistens mye vanskeligere for en bakteriecelle å oppnå, vil forhåpentligvis gi en ny løsning for å bekjempe antibiotikaresistens.

Ordliste

Bakteriell celledeling: prosessen med en bakteriell celle splitting i to celler.

DNA: koden i en celle som bærer all informasjon som trengs for at en celle skal overleve.

Metabolisme: alle kjemiske prosesser som er involvert i å konvertere mat til energi kalles sammen metabolisme.

Enzym: en biologisk komponent som hjelper en reaksjon til å skje raskt.

Glukose: et enkelt sukker.

Glykolyse: en vei som bryter glukose i to molekyler pyruvat.

Pyruvat: En kjemisk forbindelse produsert etter at glukose er brutt ned (metabolisert).

Interessekonflikt

forfatterne erklærer at forskningen ble utført i fravær av kommersielle eller økonomiske forhold som kan tolkes som en potensiell interessekonflikt.

Takk

RM er støttet av En Australsk Regjering Forskerutdanning Program Stipend. AB og EH støttes av Et Australsk Forskningsråd Discovery project grant DP150102062.

Original Kilde Artikkel

Monahan, L. G., Hajduk, I. V., Blaber, S. P., Charles, I. G., Og Harry, E. J. 2014. Koordinere bakteriell celledeling med næringstilgjengelighet: en rolle for glykolyse. MBio 5 (3): 1-13. doi:10.1128 / mBio.00935-14