Bakteria rozłożona na części pierwsze

Ekspertom z Uniwersytetu Kalifornijskiego udało się zajrzeć jeszcze głębiej do wnętrza komórki bakteryjnej. W najnowszym numerze czasopisma Science donoszą oni, że odpowiedzieli na kilka ważnych pytań na temat tzw. mikrokompartmentów - specyficznych "przedziałów" wewnątrz komórki, pełniących określone funkcje. Naukowcy z Kalifornii wierzą, że zablokowanie procesu tworzenia mikrokompartmentów mogłoby zapobiec infekcjom bakteryjnym. Są także przekonani, że ich odkrycie ułatwi w przyszłości modyfikowanie komórek bakteryjnych, przez co znajdzie zastosowanie w biotechnologii.

W badaniach, których wyniki opublikowano 22 lutego, po raz pierwszy udowodniono istniejącą od dawna hipotezę, że mikrokompartmenty są zamkniętymi trójwymiarowymi strukturami otoczonymi szczelną błoną. W środku każdego z tych przedziałów panują specyficzne warunki, odpowiednie dla zachodzących w nim reakcji. Umożliwia to przeprowadzanie wielu procesów, często zachodzących w skrajnie różnych warunkach, równocześnie we wnętrzu jednej komórki.

Aby bliżej zbadać ten fenomen, badacze skupili się na karboksysomie - najlepiej poznanym z mikrokompartmentów, przeprowadzającym reakcje wiązania dwutlenku węgla u bakterii samożywnych. Udowodniono, że zbudowany jest jak piłka futbolowa: składa się z sześciokątów i pięciokątów, graniczących ze sobą ścianami i tworzących niemal idealną geometrycznie sferę. Struktura ta jest niezwykle korzystna energetycznie, a do tego zapewnia wydajne przenoszenie obciążeń - nie bez powodu podobną strukturę wykazuje otoczka wielu wirusów, a nawet pojedyncze cząsteczki chemiczne zwane fullerenami. Należy jednak zaznaczyć, że mikrokompartmenty są zbudowane ze znacznie większej liczby cząsteczek - do zamknięcia pełnej sfery potrzeba ponad 3000 molekuł białka.

Już ponad dwa lata temu, w sierpniu 2005 roku, ten sam zespół dowiódł, że białko tworzące mikrokompartmenty tworzy sześciokątne struktury. Do niedawna sądzono, że otoczka takiego przedziału jest stworzona wyłącznie z sześciokątów, a miejsca pomiędzy nimi tworzą pory, przez które zachodzi przepływ do środka i na zewnątrz otoczki. Teraz jednak udowodniono, że struktura jest znacznie bardziej szczelna, a otwory w błonie są wypełnione przez białka tworzące symetryczny pięciokąt.

Zespół, prowadzony przez prof. Yeatesa, planuje teraz poprowadzić kolejne badania nad innymi typami mikrokompartmentów. Są one istotne z punktu widzenia medycyny, gdyż bakterie wytwarzają największą ich liczbę w czasie infekcji. Może to oznaczać, że zablokowanie powstawania tych struktur może być skuteczną metodą powstrzymania zakażeń bakteryjnych. Inne eksperymenty mają sprawdzić, w jaki sposób enzymy trafiają do mikrokompartmentu, jakie różnice występują w ich budowie oraz jak dokładnie zachodzi proces zamykania się tej struktury w trzech wymiarach.

Niektórzy naukowcy od dawna przypuszczali, że dojdzie do odkrycia tak złożonych struktur wewnątrz komórek bakteryjnych, gdyż dla działania wielu enzymów i równoczesnego zachodzenia przeciwstawnych procesów biochemicznych było konieczne rozdzielenie ich w przestrzeni. Z drugiej jednak strony wielu z nich jest zaskoczonych tym, jak bardzo skomplikowana jest budowa komórki bakteryjnej. W pewien sposób zaciera to różnice pomiędzy komórkami eukariotycznymi (charakterystycznymi dla organizmów wyższych) a prokariotycznymi (czyli występującymi u bakterii i archeanów).

bakteria mikrokompartment budowa sześciokąt pięciokąt karboksysom