کنترل چرخه سلولی در باکتری های E. coli

باکتری ها چگونه چرخه سلولی خود را کنترل می‌کنند/ How bacteria control their cell cycle

پژوهشگران دانشگاه بازل در یک مطالعه علمی میان رشته‌ای ، نشان داده‌اند که باکتری ها چگونه تقسیم سلولی را همرا با تکثیر مواد ژنتیکی (DNA) هماهنگ می کنند. همچنین توضیح می‌دهند که چرا باید مفهوم فعلی چرخه سلول باکتریایی بازنویسی شود. هر سلول زنده رشد می‌کند ، تقسیم می‌شود و سرانجام سلول‌های جدیدی را به وجود می‌آورد که این فرآیند به عنوان چرخه سلولی شناخته می شود . به طور دقیق چرخه‌سلولی یک تکرار دوره‌ای ، دو سیکل هماهنگ را توصیف می کند ؛ یکی تکثیر اطلاعات ژنتیکی یک سلول و دیگری تقسیم سلولی . اگرچه چرخه سلولی ، سلول‌های گیاهی و حیوانی کاملاً دقیق در دهه‌های گذشته مشخص شده است اما هنوز مشخص نیست که چگونه این دو فرآیند در باکتری ها با هم هماهنگ می‌شوند.

 

تکثیر DNA ، زمان بندی چرخه سلولی را کنترل می‌کند

اگرچه طبیعی است که فکر کنیم چرخه سلولی از آغاز تولد سلول شروع می‌شود و با تقسیم سلولی بعدی به پایان می‌رسد اما بر اساس استدلال‌های جدید این تحقیقات ، یک تغییر عمده در این مفهوم است. در باکتری ها چرخه سلولی با شروع تکثیر DNA آغاز می‌شود و به پایان می‌رسد ، در حالی که رویداد تقسیم سلولی بین دو واقعه تکثیر DNA رخ می دهد. محققان دانشگاه زابل از یک رویکرد کاملاً میان رشته‌ای در ترکیب میکروفلوئیدها ، میکروسکوپ خودکار گذر زمان ، تجزیه و تحلیل تصویر پیچیده و مدل سازی محاسباتی استفاده کردند.

محققان رفتار سلول‌های E. coli (اِ.کولای) را در طی دوره‌های طولانی مشاهده و چندین متغیر سیستماتیک کمّی را برای آن توصیف کردند . از جمله رشد ، تقسیم‌سلولی و تکثیر DNA را برای هزاران چرخه سلولی در چندین شرایط رشد . سپس برای کشف مکانیسم های کنترل چرخه سلولی مدل سازی محاسباتی به این داده ها اعمال شد.

 

• پروفسور اریک ون نموگن سرپرست تیم تحقیقات می‌گوید :
  “مدل ما نشان می‌دهد که چرخه سلولی در E. coli با شروع تکثیر DNA شروع می شود ، در این مرحله دو شمارنده مختلف شروع به کار می کنند ؛ یکی تعیین کننده زمان تقسیم سلولی بعدی و دیگری تعیین زمان شروع بعدی تکثیر DNA
• توماس جولو ، رئیس مطالعه توضیح می دهد. “حتی اگر هنوز پایه مولکولی این دو پیشخوان مشخص نشده باشد ، زیست توده تولید شده از آخرین تنظیم مجدد پیشخوان به نظر می‌رسد متغیر کنترل کننده زمان وقوع تقسیم و تکرار بعدی است.”

بررسی نوسانات برای آشکار ساختن مکانیسم های کنترل در باکتری

برخلاف رویکردهای زیست شناسی مولکولی کلاسیک که تأثیر جهش ها را  تجزیه و تحلیل می‌کند ، مطالعات اخیر از یک رویکرد جدید استفاده می کند که در آن از تجزیه و تحلیل نوسانات ظریف که سلول های در حال رشد سلول های عادی را نشان می‌دهند استفاده می شود تا استنباط شود که چگونه فرایند زمینه ای کنترل می شود.

اریک ون نیموگن می گوید:

“یک چالش بزرگ ایجاد روش های آماری برای تجزیه و تحلیل ساختار همبستگی ها در نوسانات پارامترهای چرخه سلولی وجود داشت مانند اندازه سلول هنگام تولد . ایده جدیدی که در این تحقیق شکل گرفت آن بود که به جای ایجاد ارتباط بین متغیرها ، شناختن این که کدام متغیرها به طور مستقل از یکدیگر در نوسان هستند ، آموزنده تر است. این روش دانشمندان را قادر ساخت تا مکانیسم کنترل چرخه‌سلولی باکتری ها را آشکار کنند ، اما این روش به طور کلی برای مطالعه سایر فرآیندهای بیولوژیکی و ارگانیسم ها نیز کاربرد دارد .