Механистическое происхождение закона роста бактерий
Многие клеточные активности в бактериях организованы в соответствии с их скоростью роста. Клеточная сигнализация включает интерпретацию информации из окружающей среды и реализацию соответствующего регуляторного контроля. Известно, что сигнальная система гуанозинтетрафосфата, или молекулы ppGpp, осуществляет фундаментальный контроль в бактериях, координируя синтез рибосом со скоростью клеточного роста, то есть измеряет скорость роста клетки (что принято в области бактериальной физиологии), но как эта система может ощущать скорость роста клеток в различных средах, неясно.
Несмотря на десятилетия изучения и идентификацию множественных молекулярных взаимодействий, которые связывают гуанозинтетрафосфат с некоторыми аспектами роста клеток, нам не хватает системной количественной картины того, как выполняется это предполагаемое «измерение». Поэтому ученые провели ряд экспериментальных исследований с использованием молекулярно-биологического оборудования, чтобы выяснить, с помощью каких механизмов бактерии могут обрабатывать сложную пищевую информацию.
С помощью ряда экспериментов ученым удалось выяснить, что пул ppGpp реагирует обратно пропорционально скорости трансляционного удлинения, или сокращенно ТУ, в кишечной палочке Escherichia coli. Вместе со своей ролью в ингибировании биогенеза и активности рибосом ppGpp он замыкает ключевую регуляторную цепь, которая позволяет клетке воспринимать и контролировать скорость своего роста в разных условиях.
Знаменитый линейный закон роста, связывающий содержание рибосом и скорость роста, возникает как следствие сохранения запасов рибосом при сохранении скорости удлинения в условиях медленного роста. При проведении дальнейшего анализа ученые выяснили, что сама скорость удлинения обнаруживается путем измерения соотношения жилых и транслоцирующих рибосом, стратегии, используемой для разрушения сложной многомерной динамики молекулярных процессов, лежащих в основе роста клеток, для восприятия физиологического состояния целого.
Таким образом, ученые установили поразительную линейную связь между уровнем гуанозинтетрафосфата и обратной скоростью удлинения трансляции и показали, как бактерии могут обрабатывать сложную пищевую информацию, контролируя эту скорость и используя ее для контроля синтеза рибосом. Восприятие ТУ через молекулу гуанозинтетрафосфата количественно и механистически объясняет законы роста бактерий, которые надежно связывают содержание рибосом со скоростью роста.
