Το κλειδί για την επιβίωση των βακτηρίων είναι η ταξινόμηση στη σωστή θέση των διάφορων συστατικών τους στο χώρο που οριοθετείται από τη μεμβράνη τους. Η ρύθμιση της «χωροταξικής» τοποθέτησης των πρωτεϊνών και άλλων απαραίτητων συστατικών παραμένει ένα μυστήριο. Σε πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύθηκε, ερευνητές κατάφεραν να ιχνηλατήσουν μηχανισμούς που χρησιμοποιεί το βακτήριο E.coli προκειμένου να ταξινομήσει και να «οργανώσει» τα υποκυτταρικά συστατικά του.
«Παρά το μικρό τους μέγεθος και τη σχετική απλότητα της δομής τους, τα βακτηριακά κύτταρα φαίνεται να έχουν ένα σύνθετο επίπεδο οργάνωσης των υποκυτταρικών δομών τους –τόσο χωρικά όσο και χρονικά- τέτοιο ώστε θα μπορούσε κανείς να το συγκρίνει με αυτό των περισσότερο εξελιγμένων οργανισμών.» λέει ο Nathan Kuwada , μεταδιδακτορικός ερευνητής στο εργαστήριο του Paul Wiggins , στο Πανεπιστήμιο της Washington .
«Θέλαμε να ανακαλύψουμε πόσους μηχανισμούς επιστρατεύουν τα βακτήρια για να οργανώσουν τα υποκυτταρικά συστατικά τους. Για να απαντήσουμε σε αυτό το ερώτημα απεικονίσαμε το μοτίβο κυτταρικής εντόπισης σχεδόν για κάθε πρωτεΐνη σε ένα βακτηριακό κύτταρο, καθ’ όλη τη διάρκεια του κυτταρικού κύκλου». Ο Kuwada παρουσίασε τα αποτελέσματα της έρευνας αυτής την εβδομάδα που μας πέρασε στο 59ο ετήσιο συνέδριο της Biophysical Society, στη Βαλτιμόρη.
Η E.coli τοποθετεί περίπου το 1/5 των πρωτεϊνών της σε συγκεκριμένες θέσεις μέσα στο κύτταρο, αλλά ως τώρα μόνο για ένα μικρό μέρος αυτών των πρωτεϊνών έχουν κατορθώσει να χαρτογραφήσουν με απόλυτη ακρίβεια τον εντοπισμό τους κατά τη διάρκεια του κυτταρικού κύκλου. Ο Kuwada και οι συνεργάτες του προσέγγισαν το ερώτημα χρησιμοποιώντας τεχνολογία live cell imaging, δηλαδή μικροσκοπική παρατήρηση των πρωτεϊνών –οι οποίες είναι ειδικά σημασμένες ώστε να φθορίζουν σε διαφορετικά χρώματα- στα ζωντανά βακτηριακά κύτταρα! Με την τεχνική αυτή κατόρθωσαν να καταγράψουν την κίνηση χιλιάδων διαφορετικών πρωτεϊνών για διάστημα 6-8 ωρών, στο οποίο επαναλαμβανόταν πολλές φορές ο κυτταρικός κύκλος. Στη συνέχεια με τη χρήση κατάλληλου λογισμικού οι ερευνητές επεξεργάστηκαν και οργάνωσαν τις χιλιάδες εικόνες που πήραν από κάθε πείραμα και έκαναν ποσοτικές συγκρίσεις για τον εντοπισμό κάθε πρωτεΐνης, δημιουργώντας μια βάση δεδομένων διαθέσιμη στο https://mtshasta.phys.washington.edu/localizome/ .
Αντί για ένα κοινό πρότυπο κυτταρικού εντοπισμού των πρωτεϊνών, που περίμεναν οι επιστήμονες, αποδείχθηκε τελικά ότι τα βακτήρια διαθέτουν έναν τεράστιο αριθμό διαφορετικών προτύπων με μικρές χρονικές και χωρικές διαφορές μεταξύ τους. Για παράδειγμα ο Kuwada και οι συνεργάτες του παρατήρησαν ότι οι πρωτεΐνες που προσδένονται στο DNA κατανέμονται ασύμμετρα στο θυγατρικό κύτταρο κατά τη διάρκεια των κυτταρικών διαιρέσεων –παρά τη μορφολογική συμμετρία μεταξύ μητρικού και θυγατρικού κυτταρου. «Παρόλο που πρόκειται για μικρή ασυμμετρία, είναι στατιστικά σημαντική και άρα φαίνεται να έχει κάποια βιολογική σημασία» λέει ο Kuwada και τονίζει ότι η προσέγγισή τους είναι μόνο η αρχή για την εξερεύνηση των μηχανισμών ταξινόμησης των υποκυτταρικών συστατικών, καθώς τα δεδομένα τους έχουν ξεκάθαρα βιολογική σημασία. Στο μέλλον θέλουν να μελετήσουν εκτενέστερα τους μηχανισμούς που καθοδηγούν την ταξινόμηση αυτή στοχεύοντας σε συγκεκριμένες ομάδες πρωτεϊνών –όπως οι μεταγραφικοί παράγοντες.
