تقسیم و غلبه: تقسیم سلولی باکتری‌ها به مواد خود التیام‌دهنده اشاره دارد
دانشمندان راه جدیدی را کشف کرده‌اند که باکتری‌ها در طول تقسیم سلولی خود را سازماندهی می‌کنند که به آن «مردن برای هماهنگی» گفته می‌شود. در این فرآیند، فیلامنت‌های ناهماهنگ در سلول به صورت طبیعی می‌شکنند و اجازه می‌دهند حلقه‌ای در مرکز تشکیل شود که برای تقسیم صحیح سلول ضروری است.
این کشف ممکن است به ایجاد مواد مصنوعی که قابلیت خود التیام‌دهندگی دارند کمک کند.
سوال بزرگ این است که چگونه ماده غیرزنده خود را به گونه‌ای سازماندهی می‌کند که به زندگی منجر شود. خود سازماندهی که یکی از ویژگی‌های کلیدی زندگی است شامل تشکیل و شکستن طبیعی ماده بیولوژیکی فعال می‌باشد. اما چگونه این مولکول‌ها می‌دانند که چه زمانی و کجا با هم جمع شوند و چه زمانی از هم جدا شوند؟
پروفسور آنژلا ساریچ و دانشجوی دکترا کریستین وانهیل کامپوس در موسسه علوم و فناوری اتریش (ISTA) در حال بررسی این سوالات هستند و مطالعه می‌کنند که چگونه باکتری‌ها تقسیم می‌شوند.
نظم از بی‌نظمی
محققان مدل کامپیوتری برای مطالعه پروتئینی به نام FtsZ، که نقش کلیدی در تقسیم سلولی باکتریایی ایفا می‌کند، توسعه دادند. در طول تقسیم سلولی، FtsZ در مرکز باکتری حلقه‌ای تشکیل می‌دهد که برای ایجاد دیوار جدید که سلول را به دو قسمت تقسیم می‌کند، ضروری است. با این حال، برخی از جزئیات مربوط به نحوه سازماندهی FtsZ هنوز باید روشن شود.
مدل محققان نشان می‌دهد که زمانی که فیلامنت‌های FtsZ با موانع برخورد می‌کنند، می‌شکنند («می‌میرند») و سپس بازسازی می‌شوند که به آن‌ها کمک می‌کند تا به درستی هماهنگ شوند و حلقه تقسیم را تشکیل دهند. این کشف ممکن است در توسعه مواد خود التیام‌دهنده مفید باشد.
پروتئین‌ها روی تردمیل؟
فیلامنت‌های FtsZ به طور مداوم در فرآیندی به نام «تردمیلینگ» که در آن زیرواحدها به یک انتها اضافه و از انتهای دیگر حذف می‌شوند، رشد و کوچک می‌شوند. این فرآیند تردمیلینگ در بسیاری از اشکال زندگی، از جمله باکتری‌ها، حیوانات و گیاهان، رخ می‌دهد.
دانشمندان قبلاً فکر می‌کردند که تردمیلینگ راهی برای حرکت فیلامنت‌ها به جلو است، اما این مدل‌ها نتوانسته‌اند این فرآیند را به طور کامل به تصویر بکشند و نیروهای مرتبط را بیش از حد تخمین زده‌اند. بنابراین، تیم پروفسور ساریچ مدلی جدید ایجاد کردند تا بهتر بفهمند چگونه زیرواحدهای FtsZ با هم تعامل می‌کنند و از طریق تردمیلینگ فیلامنت‌ها را تشکیل می‌دهند.
پروفسور ساریچ می‌گوید: «همه چیز در سلول‌های ما به طور مداوم در حال تغییر است، بنابراین ما باید به ماده فعال بیولوژیکی به گونه‌ای فکر کنیم که این تغییر مداوم و نحوه تطبیق آن با محیط را در نظر بگیریم».
کار با موانع
یافته‌ها شگفت‌آور بودند. برخلاف سایر سیستم‌های خود سازماندهی که مولکول‌های نزدیک را به جلو می‌رانند و اثر قابل مشاهده‌ای ایجاد می‌کنند، فیلامنت‌های FtsZ رفتار متفاوتی داشتند. هنگامی که این فیلامنت‌ها ناهماهنگ بودند و با مانعی برخورد می‌کردند، شکسته یا «می‌مردند».
وانهیل کامپوس، نویسنده اصلی مطالعه، توضیح می‌دهد: «ماده فعال ساخته شده از فیلامنت‌های فانی ناهماهنگی را به راحتی نمی‌گیرد. وقتی یک فیلامنت رشد می‌کند و با موانعی برخورد می‌کند، حل می‌شود و می‌میرد.»
پروفسور ساریچ اضافه می‌کند: «مدل ما نشان می‌دهد که مجموعه‌های تردمیلینگ به شفا محلی ماده فعال منجر می‌شود. وقتی فیلامنت‌های ناهماهنگ می‌میرند، به بهتر شدن مجموعه کلی کمک می‌کنند.»
با در نظر گرفتن شکل سلول و خمیدگی فیلامنت‌ها، تیم نشان داد که چگونه مرگ فیلامنت‌های ناهماهنگ FtsZ به تشکیل حلقه تقسیم باکتری کمک می‌کند.
گامی به سوی سلول‌های مصنوعی؟
خود سازماندهی ماده تحت تأثیر انرژی یک مفهوم کلیدی در فیزیک است. تیم به رهبری پروفسور ساریچ اکنون پیشنهاد می‌دهند که فیلامنت‌های FtsZ نوع منحصر به فردی از ماده فعال را نمایان می‌کنند که از انرژی برای نوسازی مداوم به جای حرکت استفاده می‌کند.
ساریچ توضیح می‌دهد: «در گروه من، ما می‌پرسیم چگونه می‌توان ماده زنده را از ماده غیرزنده ایجاد کرد که به نظر زنده می‌رسد. بنابراین، کار فعلی ما می‌تواند به ایجاد مواد خود التیام‌دهنده یا سلول‌های مصنوعی کمک کند».
در آینده، تیم او قصد دارد مدلی را برای نشان دادن چگونگی کمک حلقه تقسیم باکتری به ساخت دیوار که سلول را به دو قسمت تقسیم می‌کند، ایجاد کند.
این مطالعه در Nature Physics منتشر شده است.
