Bacteria are present everywhere-all around and within us. Tens medo deles? Não seja, porque a maioria das bactérias são realmente boas para nós. Apenas um pequeno número deles pode ocasionalmente causar infecções, tornando-nos doentes. As bactérias causam infecções dividindo-se rapidamente dentro do corpo humano, ou seja, pelo processo de uma célula dividindo-se em duas células a um ritmo rápido. Para alimentar o crescimento e divisão, as bactérias precisam encontrar seu alimento favorito e ser capaz de processá-lo corretamente. Como os humanos adoram comer doces, uma das escolhas de comida favoritas das bactérias é o açúcar simples chamado glicose. Constatámos que, quando a glucose não é processada correctamente pelas bactérias, estas não podem dividir-se correctamente. Queremos compreender a relação entre o processamento de alimentos, e a divisão celular em bactérias, especialmente durante a infecção—para que possamos parar de bactérias da divisão, seja fornecendo-lhes alimentos que não gostam ou torná-los processo de seus alimentos favoritos incorretamente. Isto vai matar as bactérias e impedi-las de nos porem doentes.Todas as bactérias são más?Nós sempre temos muitas e muitas bactérias ao nosso redor, pois elas vivem quase em todos os lugares-no ar, no solo, em diferentes partes de nossos corpos, e até mesmo em alguns dos alimentos que comemos, como iogurte, queijo e pickles. Mas não te preocupes! A maioria das bactérias são boas para nós. Alguns vivem em nossos sistemas digestivos e nos ajudam a digerir nossa comida, e alguns vivem no ambiente e produzem oxigênio para que possamos respirar e viver na Terra. Mas, infelizmente, algumas destas maravilhosas criaturas podem, por vezes, pôr-nos doentes. É quando precisamos de consultar um médico, que pode prescrever medicamentos para controlar a infecção. Mas o que são esses medicamentos e como eles lutam com bactérias? Estes medicamentos são chamados de “antibióticos”, o que significa ” contra a vida das bactérias.”Como seu nome nos diz, Os antibióticos ou matam bactérias ou os impedem de crescer, impedindo um processo específico de trabalhar dentro da célula bacteriana. Quando a bactéria parar de crescer, nossos corpos podem então limpar a infecção e nos sentimos melhor.
o desenvolvimento de antibióticos é um dos maiores sucessos da medicina moderna. Os antibióticos salvaram milhões de vidas desde que os médicos começaram a usá-los na década de 1940. os antibióticos têm ajudado os seres humanos a ter vidas muito melhores, tratando com sucesso quase todos os tipos de infecções bacterianas. Mas como nós, as bactérias também são inteligentes! Desde a década de 1940, as bactérias têm vindo a desenvolver tácticas para superar os efeitos dos antibióticos, e hoje estamos a ver cada vez mais bactérias que já não podem ser mortas por antibióticos. Estes tornaram-se conhecidos como bactérias resistentes a antibióticos ou “superbugs”, e eles são uma séria ameaça à saúde das pessoas em todo o mundo. Se não tivermos antibióticos para parar infecções bacterianas, mesmo algo tão simples como um pequeno corte infectado no dedo pode tornar-se em risco de vida. Por conseguinte, são necessárias novas armas, sob a forma de novos antibióticos, para tratar as infecções causadas por bactérias resistentes aos antibióticos. Para encontrar novos antibióticos, primeiro precisamos entender completamente o funcionamento interno da célula bacteriana. Nosso laboratório se concentra em entender algo muito importante sobre como as bactérias funcionam—a forma como as bactérias se tornam duas células de uma célula, também chamado de processo de divisão celular bacteriana.Como todos os tipos de organismos, todas as bactérias precisam crescer e se multiplicar para sobreviver como uma espécie. Quando há comida suficiente disponível, as bactérias multiplicam-se rapidamente duplicando o tamanho e depois dividindo-se ao meio, para criar duas novas células . Este é o processo de” divisão ” mostrado na figura 1A. bactérias usam um tipo de máquina dentro da célula para fazer isso, que é conhecido como um anel Z (anel verde na Figura 1). O anel Z forma-se exatamente no meio da célula e envolve-se em torno da célula. Quando a célula se divide, isso cria duas novas células que são do mesmo tamanho. Durante a divisão, tudo dentro da célula precisa ser copiado e igualmente compartilhado entre as duas novas células. Isto inclui DNA bacteriano (mostrado como bolhas castanhas dentro da célula na Figura 1), que é como um código para bactérias que carrega toda a informação necessária para uma célula para sobreviver. Se as novas células não receberem uma cópia completa desta informação, elas não podem crescer corretamente e não sobreviverão.
Figura 1
(A) O processo de divisão celular, em que a célula bacteriana se forma um anel Z no meio da célula e se divide em duas partes iguais células, tanto dos que sobrevivem. (B) Se o anel Z se formar em uma posição diferente do meio, duas células desiguais são produzidas e a célula menor não é capaz de sobreviver porque não obtém nenhum DNA. O DNA é mostrado como manchas castanhas dentro da célula bacteriana. Isto mostra que é importante que o anel Z se forme no meio da célula.
a formação do anel Z exactamente no meio da célula é essencial para produzir duas células saudáveis; caso contrário, uma célula não conterá ADN e morrerá (figura 1B). Isto resulta em apenas metade das novas células bacterianas sobreviventes, o que não é tão bom para o crescimento bacteriano. Aqui vem uma questão muito interessante-como é que uma célula bacteriana se certifica de que o anel Z forma apenas no meio da célula e não em qualquer outro lugar da célula? O lugar onde o anel Z se forma é tão importante que está sob o controle de muitos sistemas que trabalham juntos para impedir que o anel Z se forme em qualquer lugar que não o meio da célula.
além de se certificar de que o anel Z se forma no lugar certo, uma célula também precisa sentir o tempo correto para formar o anel Z e dividir. Isso depende muito do ambiente em que as bactérias estão. Por exemplo, se for extremamente frio ou se não houver comida à volta, as bactérias crescem muito lentamente e não precisam de se dividir muito frequentemente. Um bom momento para as bactérias se dividirem é quando a abundância de seus alimentos favoritos, tais como açúcares simples, estão disponíveis. Nesta situação, as células bacterianas crescerão mais rapidamente e começarão a dividir-se muito rapidamente, para garantir que o maior número possível de novas bactérias sejam produzidas antes que os alimentos se esgotem. Mas a questão é: como é que as bactérias sentem a presença de alimentos no seu ambiente e usam esta informação para acelerar o crescimento e a divisão celular? Esta é a pergunta que queríamos responder no nosso estudo.O nosso estudo—alimentos bacterianos não é apenas para energia, faz mais……
a comida é quebrada dentro de uma célula para fazer Energia e blocos de construção para a célula crescer, e o processo que faz isso é conhecido como metabolismo. Então, em outras palavras, a pergunta que fizemos em nosso estudo foi: como o metabolismo Está ligado à divisão celular em bactérias? Primeiro, temos de te contar um pouco sobre como funciona o metabolismo. As enzimas são componentes minúsculos dentro das células que realizam todas as reacções químicas necessárias para decompor os alimentos durante o metabolismo. A glicose, que é um açúcar simples que vem dos alimentos que as bactérias comem, é decomposta por enzimas em uma série de etapas, que juntos são conhecidos como o processo de glicólise (caixa laranja na figura 2A). O último passo da glicólise produz um composto chamado piruvato que é usado para gerar energia e blocos de construção para a célula crescer.
Figura 2
(A) A Glicose é convertida em piruvato através de um caminho chamado glicólise, o qual gera energia e blocos de construção para a célula. B) bactérias normais formam anéis Z no meio da célula, para produzir duas novas células saudáveis após a divisão. (C) células que não possuem a enzima envolvida no último passo da glicólise formam anéis Z em direção a uma extremidade da célula (apontado usando a seta branca), resultando em uma célula saudável e uma pequena célula que não pode sobreviver porque não tem DNA. (D) Quando o piruvato é adicionado a estas células, elas começam a formar anéis Z no meio novamente, de modo que o processo de divisão funciona exatamente como o de uma célula bacteriana normal.
como lhe dissemos antes, uma célula bacteriana saudável forma um anel Z no meio da célula (figura 2B). Em nosso estudo, descobrimos que, se a enzima que realiza o último passo da glicólise está faltando (o que significa que as bactérias não estão mais processando seus alimentos corretamente), a célula bacteriana começa a formar o anel Z em outros locais que não o meio. Como você pode ver na figura 2C, células que não possuem a enzima envolvida no último passo da glicólise formam anéis Z em direção a uma extremidade da célula. Esta é uma má notícia, e essas células se dividem incorretamente, produzindo uma grande célula e outra muito pequena célula que não contém nenhum DNA, e assim não pode mais sobreviver. Este resultado mostrou – nos que este último passo de glicólise é muito importante para o posicionamento correto do anel Z no meio da célula.
perguntamo-nos então se esta alteração na posição do anel Z acontece porque a enzima envolvida no último passo da glicólise está em falta, ou porque o composto produzido por esta enzima, o piruvato, está em falta? (ver Figura 2A). Nós testamos esta possibilidade removendo a enzima, de modo que as células bacterianas não poderiam mais produzir piruvato elas mesmas, e então nós adicionamos piruvato como parte da fonte de alimento das bactérias. Normalmente, as células sem a enzima que cria piruvato formam anéis Z para as extremidades das células, mas quando piruvato foi adicionado novamente, as bactérias começaram a formar os anéis Z no meio da célula, como as células bacterianas saudáveis fazem. Ter um olhar para as diferentes posições de Z anéis em células falta de enzima envolvida na última etapa da glicólise e quando o piruvato é adicionado para estas células, nas Figuras 2C,D. Este resultado confirmou que ele não é a própria enzima que é importante para o posicionamento do anel Z, mas o seu produto—piruvato. Esta foi a primeira vez que uma ligação entre uma substância química envolvida na glicólise e divisão celular foi demonstrada, e assim o piruvato tornou-se então o foco de nossas novas experiências.
Como É que a disponibilidade de alimentos Decide a posição Z anel?Com a descoberta de que o piruvato é importante para a formação do anel Z no meio da célula, ficamos ainda mais curiosos em entender como os processos de metabolismo e divisão celular se comunicam. Sabemos que quando o piruvato é produzido, ele é então usado por outra enzima para produzir energia na célula. Nós nos perguntamos se esta segunda enzima estava localizada em um certo lugar dentro de uma célula bacteriana, o que ajuda o anel Z a formar-se no meio.Ao fazer o DNA e a enzima “brilhar”, podemos ver onde eles estão localizados dentro da célula usando um microscópio. Em bactérias saudáveis, descobrimos que a enzima e o DNA estavam localizados no mesmo lugar, onde ambos poderiam ser vistos como bolhas redondas dentro da célula (Figura 3). Em células que não podiam produzir piruvato, descobrimos que a enzima já não estava presente no mesmo lugar que o ADN, em vez disso, a enzima deslocou-se para as duas extremidades da célula. Este é o mesmo lugar onde os anéis Z se formam nas células que não se dividem corretamente. Nós já sabemos que a adição de piruvato a essas células faz com que o anel Z volte para o meio da célula novamente, então nos perguntamos se o piruvato também mudaria a localização da enzima de volta para onde o DNA foi encontrado. Foi exactamente isto que aconteceu! Estes resultados mostraram que o piruvato é importante para o posicionamento correto do anel Z no meio da célula, e o piruvato faz isso de alguma forma, trabalhando com a enzima que usa piruvato para fazer Energia. Isto faz sentido, porque o piruvato e a enzima trabalham juntos na mesma via.
Figura 3
A enzima que usa o piruvato é encontrado no mesmo lugar como DNA bacteriano em bactérias normais, o que ajuda a Z anel a se formar no meio da célula. Em bactérias que estão faltando a enzima envolvida no último passo da glicólise, a enzima que usa piruvato é encontrada nas extremidades da célula, e que muda o anel Z para se formar nesses lugares, resultando em uma pequena célula, insalubre. Quando o piruvato é adicionado de volta a estas células, a enzima volta ao seu lugar normal, que está no mesmo lugar que o DNA bacteriano, e novamente ajuda o anel Z a formar-se no meio da célula. (Blobs marrons representam DNA bacteriano, e blobs verdes representam a enzima que usa piruvato para produzir energia para a célula.)
nossos resultados mostraram que o metabolismo e a divisão celular bacteriana se comunicam entre si através do piruvato (e a enzima que usa piruvato para produzir energia) para garantir que o anel Z se forma no lugar certo. Em bactérias bem alimentadas (que podem fazer piruvato corretamente), a enzima está localizada no mesmo lugar que o DNA na célula. Neste local, a enzima parece ajudar a formar o anel Z no meio da célula, então a célula se divide corretamente. No entanto, se as células não fazem piruvato, a enzima acaba no lugar errado e assim faz o anel Z (em direção às extremidades da célula). Assim, quando os alimentos não são processados corretamente e o piruvato não é produzido, as bactérias começam a cometer erros no processo de divisão celular. Isto é semelhante ao que é visto em pessoas com intolerância à lactose. Quando bebem leite, não conseguem processar a lactose adequadamente e, portanto, adoecem. Assim, a capacidade de processar corretamente os alimentos e ser saudável é realmente importante para todos os seres vivos. Quando a comida não é processada como deveria ser em bactérias, o anel Z é formado em locais onde não deveria ser, o que faz com que as células se dividam da maneira errada, reduzindo o número de bactérias chance de sobrevivência da população bacteriana. Este erro na divisão pode ser corrigido dando às bactérias o alimento correto( adicionando piruvato de volta), mostrando que a forma como as bactérias usam o alimento em seu ambiente é fundamental para a sua capacidade de crescer e dividir.Por que nos importamos com a ligação metabolismo–Divisão?
a pergunta que fizemos neste estudo foi: como é que as bactérias sentem a disponibilidade de alimentos no ambiente e como é que a presença de alimentos afecta o processo de divisão celular? Quando a comida é fácil de encontrar, as bactérias crescem e se dividem muito rapidamente, mas elas se dividem muito mais lentamente quando a comida é escassa. Como as bactérias sabem dividir em diferentes taxas quando diferentes níveis de alimentos estão ao redor não é conhecido. Por mais de compreensão sobre como as bactérias podem senso disponíveis fontes de alimentos, especialmente durante a infecção, e como a detecção de alimentos controla o crescimento bacteriano, podemos parar de bactérias de obter o tipo certo de alimentos ou de ser capaz de processar adequadamente seu alimento, o que pode impedi-los de divisão e de impedi-los de causar infecções. Isto deve-se ao facto de as bactérias não poderem crescer adequadamente se não receberem os alimentos adequados ou se não processarem os alimentos correctamente. Isto é semelhante aos humanos-nós comemos boa comida para ficar saudável e não comer a comida certa pode nos deixar doentes. Portanto, a frase “Nós somos o que comemos” aplica-se igualmente às bactérias e aos humanos. A partir deste estudo, encontramos uma nova ligação excitante entre o metabolismo bacteriano e a divisão celular. Mas estes processos são muito complexos e nós apenas arranhamos a superfície para tentar entender este link—então o próximo passo será resolver este mistério.No início deste artigo, falámos sobre a questão da resistência aos antibióticos. O que é que a ligação entre o metabolismo e a divisão celular tem a ver com a resistência aos antibióticos? Para abordar a questão da resistência aos antibióticos, precisamos de desenvolver novos antibióticos que visem aspectos inexplorados do crescimento e da sobrevivência bacteriana. Muitos dos antibióticos actualmente disponíveis destinam-se a processos que as bactérias usam para fazer ADN, proteínas ou a camada exterior da célula bacteriana. Estes antibióticos têm sido muito bem sucedidos, mas as bactérias desenvolveram tácticas para continuar a fazer estes processos, mesmo na presença de antibióticos. Neste trabalho, identificamos uma nova ligação entre metabolismo e divisão celular em bactérias, que poderia servir como alvo para novos antibióticos. Se conseguirmos impedir que as bactérias façam piruvato, ou mudem onde a enzima que usa piruvato está localizada dentro da célula, tanto o metabolismo como a divisão celular serão interrompidos e as células morrerão. Se um antibiótico que pode ser feita de metas de dois processos diferentes que são importantes para a sobrevivência de bactérias (metabolismo e divisão celular), será mais difícil para a célula bacteriana para tornar-se resistente ao antibiótico, já que ele terá que desenvolver táticas para superar o efeito do antibiótico sobre esses dois processos. Tornando a resistência aos antibióticos muito mais difícil para uma célula bacteriana para alcançar, esperamos, fornecer uma nova solução para combater a resistência aos antibióticos.
glossário
divisão celular bacteriana: o processo de uma célula bacteriana se dividir em duas células.DNA: o código dentro de uma célula que transporta toda a informação necessária para que uma célula sobreviva.Metabolismo :todos os processos químicos envolvidos na conversão de alimentos em energia são juntos chamados metabolismo.Enzima: um componente biológico que ajuda a reação a acontecer rapidamente.Glicose: um açúcar simples.
glicólise: uma via que quebra a glucose em duas moléculas de piruvato.Piruvato: composto químico produzido após a decomposição da glucose (metabolizado).
Declaração de conflito de interesses
os autores declaram que a investigação foi realizada na ausência de quaisquer relações comerciais ou financeiras que possam ser interpretadas como um potencial conflito de interesses.
agradecimentos
RM é suportado por um programa de treinamento de pesquisa do Governo Australiano. AB e EH são suportados por um Australian Research Council Discovery project grant DP150102062.
original Source Article
Monahan, L. G., Hajduk, I. V., Blaber, S. P., Charles, I. G., and Harry, E. J. 2014. Coordenação da divisão celular bacteriana com disponibilidade de nutrientes: um papel para a glicólise. MBio 5 (3): 1-13. doi: 10.1128 / mBio.00935-14
