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I ricercatori sviluppano i biosensori per riflettere la concentrazione di c-Di-GMP all'interno di singole celle viventi dei batteri

Il regolatore si distribuisce irregolarmente durante la divisione cellulare per fare dal punto di vista funzionale e strutturalmente due celle differenti

Alcune specie di batteri eseguono un'abilità riproduttiva stupefacente. Quando l'organismo unicellulare spacca in due, la cellula figlia - lo swarmer - eredita un'elica per nuotare liberamente. La cella di madre costruisce un gambo per aderire alle superfici.

I ricercatori dell'università di Washington (UW) ed il loro collega alla Stanford University hanno progettato i biosensori per osservare come un batterio convince il messaggio per dividersi dal punto di vista funzionale e strutturalmente in questi due celle differenti. I biosensori possono misurare le fluttuazioni biochimiche dentro una singola cella dei batteri, che è più piccola di un animale o di una cellula vegetale.

Durante la divisione cellulare, un prodotto chimico di segnalazione, trovato soltanto in batteri, le guide determinano il destino delle due celle risultanti. Il segnale è una molecola circolare minuscola chiamata monofosfato ciclico di diguanosine o c-Di-GMP.

Fungendo da messaggero interno che risponde alle informazioni sull'ambiente fuori della cella dei batteri, c-Di-GMP è implicato in parecchie strategie batteriche di sopravvivenza. In batteri inoffensivi, alcune di queste tattiche le tengono circostanze dure dirette vive. In batteri malattia-causanti, c-Di-GMP è pensato per regolamentare la resistenza a antibiotici, l'adesività, la formazione del biofilm e la motilità delle cellule.

Nel loro studio, dal il gruppo guidato UW di divisione cellulare guardata scienziati in specie di batteri che respinge il trattamento e stabilisce una fortezza usando queste difese, Pseudomonas aeruginosa di malattia. Ciò è l'agente patogeno a forma di bastoncino che causa la vita riduzione, infezioni croniche del polmone nella gente con fibrosi cistica, brucia e sistemi immunitari soppressi connessi con cancro. La divisione cellulare anche esaminata dei ricercatori in un lago inoffensivo e nei batteri dell'abitazione del flusso, crescentus di Caulobacter.

I risultati dei ricercatori saranno pubblicati nella scienza del 4 giugno. L'autore senior è il Dott. Samuel Miller, professore di UW di medicina, di microbiologia, dell'immunologia e della scienza del genoma. Miller dirige il centro di eccellenza regionale di nord-ovest per la biodifesa e la ricerca emergente delle malattie infettive. L'autore principale è il Dott. Matthias Christen, un collega postdottorale di UW in immunologia che ha passato per stare bene ad un docente nel Biozentrum all'università di Basilea, Svizzera.

Per riflettere la concentrazione di c-Di-GMP all'interno di singole celle viventi dei batteri, gli scienziati hanno sviluppato un biosensore basato sul trasferimento di energia geneticamente codificato di risonanza della fluorescenza.

C-Di-GMP esercita il controllo sopra parecchie funzioni biologiche dentro la cella raggiungendo con una diversa schiera dei ricevitori. Questi includono le proteine richieste per costruire e guidare ondeggiando, strutture del tipo di capelli per la cella mobile. Questi egualmente comprendono i riboswitches - molecole, fattori di trascrizione e proteine del RNA --quello può alterare l'attività di gene.

Poiché C-Di-GMP gestisce molte funzioni differenti delle cellule, i ricercatori hanno ritenuto che fosse altamente probabile che gestisce il suo carico di lavoro regolatore comparendo nella giusta quantità, nel giusto posto, al momento giusto nel ciclo cellulare.

I ricercatori hanno osservato i batteri viventi sotto un microscopio che misura i cambiamenti nelle emissioni fluorescenti dal biosensore. Le emissioni cadono quando il biosensore lega ac-Di-GMP. Abbassi i livelli elevati riflessi emissioni di c-Di-GMP nella cella e vice versa. In questo modo i ricercatori potrebbero registrare le fluttuazioni nei livelli c-Di-GMP durante la divisione cellulare

I ricercatori hanno trovato che, subito dopo che una partizione sottile ha formato la creazione delle due celle distinte, i livelli di c-Di-GMP erano bassi nella cella azionata i flagelli di montatura e cinque volte da più su nella cella di gambo non mobile. Questa distribuzione asimmetrica del messaggero regolatore si è presentata in entrambe le specie di batteri e non era un evento isolato.

“In entrambi gli organismi,„ i ricercatori celebri, “livelli c-Di-GMP erano sempre significativamente più bassi nella cella flagellata che nella cella non flagellata.„

Alcuni degli enzimi che percepiscono i messaggi c-Di-GMP sono diretti a posto nelle posizioni distinte della cella. I ricercatori ragione per cui la distribuzione disuguale del messaggero c-Di-GMP potrebbe essere causata dalla produzione o l'attivazione (o l'inattivazione) nello spazio limitata di questi enzimi. I ricercatori hanno trovato che gli sforzi dei batteri che producono più di questi enzimi nella cella dello swarmer egualmente hanno avuti più alte concentrazioni di c-Di-GMP nella cella dello swarmer, suggerenti che un calo localizzato nell'attività dell'enzima probabilmente provocasse un calo localizzato in c-Di-GMP.

Alterando la distribuzione cellulare di c-Di-GMP, i ricercatori celebri, ha conseguenze importanti per le celle di Caulobacter di funzione e dello sviluppo. La mescolanza del bilanciamento degli enzimi di percezione piombo ad una cella dello swarmer che non potrebbe nuotare o ad una cella hypermotile dello swarmer, secondo come il bilanciamento degli enzimi è fornito di punta. La goccia normale di c-Di-GMP potrebbe anche stimolare la rapida decolla dello swarmer mentre nuota a partire dalla sua cella di madre. Di meno che un'ora più successivamente, lo swarmer può più non nuotare e ritorna ad una cella di gambo.

I ricercatori egualmente hanno usato il biosensore che si sono sviluppati per studiare il enterica multi-flagellato della salmonella, che causa l'intossicazione alimentare come pure i pneumoniae non flagellati della klebsiella, un agente patogeno disperso nell'aria del polmone. Entrambi batteri egualmente hanno distribuzione irregolare di un messaggero interno chiave durante la divisione cellulare.

“Questo suggerisce che questo fenomeno non sia unico alle pseduomonas e a Caulobacter,„ i ricercatori congetturati, “e che i beni delle cellule all'infuori di motilità siano probabili essere regolamentati tramite distribuzione asimmetrica del secondo messaggero durante la divisione cellulare.„

La distribuzione asimmetrica di c-Di-GMP osservata durante la divisione cellulare, il ricercatore aggiunto, può essere un punto regolatore importante in strumenti di fabbricazione e di potenza del nano-disgaggio sulla superficie esterna della cella per svolgere le attività essenziali.