Kürzlich identifizierten Zellzyklus- Kontrollen sind Ziele für neue Medikamente, die Bekämpfung von Infektionen durch Abschalten Geschäftsbereich

Eine Zelle ist keine Seifenblase , die einfach kneifen kann auf zwei sich zu vermehren. Die Fähigkeit, treu kopieren genetische Material und verteilen sie gleichmäßig auf die Tochterzellen ist fundamental für alle Lebensformen . Selbst scheinbar einfache Einzeller müssen die Mittel haben akribisch duplizieren ihre DNA , vorsichtig die neu kopierten genetischen Materials , und zart in zwei zu teilen , um sicherzustellen, ihre Nachkommen überleben.


Methicillin -resistente Staphylococcus aureus ( MRSA) Bakterien Dividieren . Unter nährstoffreichen Bedingungen Bakterien gehen in hyper- Laufwerk und teilt so oft wie einmal alle 20 Minuten. Die Entdeckung von fehlersicheren Punkte in ihrer Zellzyklenbieten eine Möglichkeit zum Herunterfahren grassierende Verbreitung .
Bildnachweis: Centers for Disease Control and Prevention

In eukaryotischen Zellen , wie sie in Pflanzen und Tiere , eine aufwändige molekulare Schaltkreise koordiniert Vervielfältigung und der Trennung des genetischen Materials mit Teilung , so wie der Drehknopf auf eine Waschmaschine koordiniert Unruhe, Spülen und Schleudern . Und die zelluläre Steuerungssystem , wie die Waschmaschine Kontrollsystem hat Sensoren, die Anomalien zu erkennen und schließen Dinge nach unten , wenn etwas nicht stimmt.

Was ist mit Bakterien ? In der Zeitschrift Current Biology , Heidi A. Arjes , Doktorand im Labor von Petra Levin , Ph.D., Associate Professor für Biologie in Kunst

Eine Zelle, die an jedem Unternehmensbereich oder DNA-Replikation stolpert kann sich selbst zu reparieren und wieder in den Zellzyklus. Aber wenn es nicht so schnell zu tun , werden die fehler Safe aktiviert ist, zwingt die Zelle , den Zellzyklus für immer zu verlassen. Es tritt dann in einen Zombie -ähnlichen Zustand und ist nicht in der Lage , selbst unter den günstigsten Bedingungen zu reproduzieren.

Wenn Nährstoffe knapp sind, wachsen Bakterien langsam , arbeitet durch den Zellzyklus Schritt -für-Schritt . In nährstoffreichen Bedingungen jedoch Bakterien nutzen die Situation , um so schnell wie möglich zu vermehren , sich überlappenden zwei der Schritte : Zellteilung und DNA-Replikation - etwas, das nie passiert, in eukaryotischen Zellen .

Aufgrund ihrer Fähigkeit , diese beiden wesentlichen Prozesse überlappen , haben Bakterien gedacht worden, um die ausfallsichere Mechanismen, die stufenweise Progression durch Reproduktion in eukaryotischen Zellen gewährleisten fehlt .

Das Verständnis der Mechanismen der bakteriellen Zellzyklus- Kontrolle können große Auszahlungen für die Medizin. Medikamente, die den Zellzyklus abgeschaltet könnte verwendet werden, um bakterielle Infektionen zu bekämpfen. Nicht nur, dass sie verhindern, dass Bakterien an der Vermehrung , sie würden sie von Weitergabe -Resistenz-Gene oder der Deckung , wenn das Medikament hatte metabolisiert worden verhindern.

Die Aufteilung auf Hochtouren

Die bakterielle Zellzyklus beginnt, wenn ein Neugeborenes Tochterzelle verlängert und beginnt, eine weitere Kopie der DNA zu machen. Da die DNA-Replikation Erlöse , einer Abteilung Ring , die so genannte Z-Ring , beginnt in der Mitte der Zelle zusammenzubauen. Der Z -Ring rekrutiert anderen Molekülen , um eine kontraktile Ring bilden und, sobald es mindestens zwei vollständige Kopien der DNA , drückt die Bakterienzelle in zwei Tochterzellen zu bilden.

Bisher ist die bakterielle Zellzyklus ist gar nicht so verschieden von der eukaryotischen Zellzyklus. Aber wenn Bakterien finden sich in nährstoffreichen Bedingungen , verschieben sie auf Hochtouren , die Verdoppelung der Größe und Aufteilung so oft wie einmal alle 20 Minuten. Da es eine Bakterie 40 Minuten, um seine DNA vollständig zu kopieren , wie kann es einmal zu teilen sich alle 20 Minuten ?

Um alles gefallen, einfach , Bakterien einzusetzen " multifork Replikation " : sie vor der ersten Runde beendet neuen Runden von DNA Kopieren zu starten. Wie Sie einen Vorsprung auf die DNA-Replikation stellt sicher, zumindest einen Satz von genetischem Material fertig sein , bevor sie zu teilen. Nur die reifsten DNA Runde muss abgeschlossen sein, bevor die Zelle teilt sein . Die anderen Replikationsgabeln sind in den nachfolgenden Generationen zu beenden.

Es war diese Überschneidung zwischen Replikation und Teilung, die auf die traditionelle Ansicht, dass die bakterielle Zellzyklus besteht aus parallelen Prozessen, die nur lose verbunden sind, geführt.

Es war der gesunde Menschenverstand , dass die Prozesse mussten irgendwie miteinander verbunden werden, sagte Levin . Denn Bakterien warten, bis ein Chromosomensatz komplett zu teilen ist . Die Aufteilung in unvollständigen oder vermischten DNA ist in der Regel tödlich. " Aber bis Heidis Daten sprach man von der bakteriellen Zellzyklus , wie auf magische Weise koordiniert , auch wenn es keinen Mechanismus dafür. Die Dinge irgendwie geklappt , obwohl keine Kontrollsystem festgestellt wurden. "

Blockieren Teilblöcke DNA-Replikation

Im Current Biology Artikel Arjes und Mitarbeiter beschreiben Experimente, die zeigen, die Zellteilung und DNA-Replikation sind nicht unabhängig . Neue Runden der DNA-Replikation hängt von der erfolgreichen Beendigung der Zellteilung und der Baugruppe der Teilung Maschinerie an midcell hängt von der Initiation der DNA -Replikation.

Eine Reihe von Experimenten zeigte, dass nach der Teilung blockiert ist, allmählich ab DNA-Replikation und nach etwa fünf Generationen , das Bakterium erreichte den Punkt ohne Wiederkehr . In anderen Experimenten wurde die DNA-Replikation direkt blockiert. In diesem Fall dauerte es über drei Generationen für das Bakterium , um den Punkt ohne Wiederkehr erreichen. Der Zeitpunkt schlägt die DNA-Replikation kann der Fall, dass Bakterien in den Zustand der verschobenen Animation überbrückt sein .

Was ist der Vorteil von Terminal Verhaftung in einem Einzeller , deren Hauptziel im Leben ist, zu teilen ?

"Es könnte in der Tat eine Form der Nächstenliebe ", sagte Arjes . "In der Natur , Bakterien existieren häufig nicht isoliert, sondern in den Gemeinden . Ein alter oder ungesunde Zelle, die sich von der Bevölkerung entfernt würde die Gemeinschaft als Ganzes zugute kommen , weil es nicht mehr um Nährstoffe konkurrieren oder defekte Tochterzellen zu produzieren . "

Zombifying Bakterien

Obwohl die Forschung fest etabliert die Existenz von zwei fehlersichere Punkte in der Bakterienzellzyklus, sind die Mechanismen, die richtige Zellzyklus zu gewährleisten immer noch ein Rätsel .

"Das ist das nächste, was wir zu tun haben ", sagte Levin . " Finde heraus, wie die Aufteilung Maschinen ist zu sagen das die DNA-Replikation Maschinen etwas falsch ist, " und wie die " Informationen, die DNA-Replikation nicht funktioniert ist der Division Maschinen kommuniziert. "

Diese Signalwege werden große Ziele für neue sein Antibiotikum Therapien. Medikamente, die Bakterien über den Punkt ohne Wiederkehr fuhren würde sie vermehren zu verhindern, Abwürgen eine Infektion . Das Blockieren der DNA-Replikation würde Bakterien zu teilen Mutationen, die Antibiotikaresistenz verleihen verhindern. "Am wichtigsten ist ", sagt Arjes , "wenn ein Bakterium ist ein Terminal Zellzyklusarrestgestoßen , keine Wiederherstellung möglich , selbst nachdem das Medikament wurde abgebaut. "

"Die Leute arbeiten bereits an Medikamenten, die die Teilung Maschinen getroffen ", sagte Arjes . " Sie haben eine Menge von Bildschirmen durchgeführt , in der Tat in unseren Experimenten verwendeten wir ein neues Medikament namens PC190723 , die Blöcke Teilung in Staphylococcus aureus Es war für uns von Jared Shaw, Chemiker an der University of California in Davis synthetisiert und ist . gegen getestet MRSA (Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus) isoliert .

" Kombinationstherapie mit PC190723 und anderen Drogen wie Methicillin , ein Breitspektrum- Antibiotikum Penicillin , scheinen wirksam gegen MRSA obwohl Methicillin allein ist nicht mehr wirksam sein. Der Unternehmensbereich Blocker irgendwie sensibilisiert die Bakterien , Drogen , auf die sie resistent geworden sind . "

Der Zellzyklus eukaryotischer Zellen ist seit mehr als einem Jahrhundert sucht. Drei Wissenschaftler den Nobelpreis für Physiologie und Medizin 2001 für herauszufinden, die Aufsichtsbehörden , die die Zelle aus der Division wahllos und endlos zu verhindern. Es ist sogar möglich, eine Kontrolle des Zellzyklus -Spiel an der Nobel Website , Nobelprize.org spielen .

"Als ich zu Menschen, die eukaryotische Zellen über unsere Arbeit mit der bakteriellen Zellzyklus zu untersuchen sprechen , sagen sie, " Was? Das ist neu ? Die Leute wissen das nicht ? " ", Sagte Arjes . " Aber wenn ich an Menschen, die Bakterienzellen zu studieren sprechen , sind sie erstaunt. Es ist eine völlig neue Idee . "