Föreställ dig att försöka besegra en armé av inkräktare som kan fördubbla sin befolkningsstorlek var tjugonde minut. Detta är vad människokroppen står inför när den blir infekterad med en skadlig stam av Escherichia coli (E. coli), en typ av bakterier som kan föröka sig snabbt och orsaka en mängd obehagliga och potentiellt farliga sjukdomar, som diarré, luftvägssjukdom och lunginflammation.

Med den världsomspännande ökningen av antibiotikaresistens, forskare letar desperat efter nya sätt att bekämpa bakterieinfektioner med droger. En effektiv metod för att förhindra bakterieceller från att dela sig och föröka sig skulle vara att rikta in sig på celldelningsmaskineriet. Dock, för att uppnå detta, det krävs en mer detaljerad bild av själva maskineriets struktur och organisation.

Forskare från Structural Cellular Biology Unit vid Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), i samarbete med forskare från Stockholms universitet, har belyst mekanismen för celldelning i E. coli. Deras forskning publicerades nyligen i Molekylär mikrobiologi .

I det långa loppet, denna forskning kan hjälpa till att identifiera nya sätt att rikta in sig på bakterier med antibiotika. "Om vi ​​kan förstå mekanismerna genom vilka bakterieceller delar sig mer detaljerat, då kan vi försöka skapa droger som stör dessa mekanismer, säger Bill Söderström, huvudförfattare till tidningen.

De flesta bakterieceller replikerar genom binär fission, en process där modercellen drar ihop sig och separeras till två identiska dotterceller. Under celldelning, en stor molekylär maskin som kallas "divisomen" samlas inuti cellen. Forskarna har avslöjat den rumsliga organisationen av två nyckelproteiner från E. coli divisome, 'FtsZ' och 'FtsN'.

Under en lång tid, cellbiologer hade antagit att alla proteiner i divisomen var samlade i ett stort superkomplex. Konventionell fluorescensmikroskopi har relativt låg upplösningsförmåga, vilket innebär att intilliggande objekt som ligger mycket nära varandra ibland uppträder som en enda enhet. Dock, med hjälp av en banbrytande bildteknik tillgänglig på OIST, kallad super-resolution Stimulated Emission Depletion (STED) nanoskopi, forskarna kunde visualisera divisionsmaskineriet i nanoskala. "Med bättre upplösning, vi kunde se skillnaden mellan de två proteinringarna och dra slutsatser om processen för celldelning, säger Söderström.

Använd två fluorescerande färger för att märka FtsZ och FtsN i grönt respektive rött, forskarna avslöjade att båda proteinerna är lokaliserade i stora sammansättningar, som är ojämnt fördelade runt delningsplatsen. Tidigt i uppdelningsprocessen, de två proteinerna bildar icke-överlappande fläckiga ringar. När celldelningen fortskrider, den gröna ringen, bildad av FtsZ, rör sig inuti den röda ringen, bildad av FtsN. Upptäckten att dessa proteiner inte alltid överlappar varandra utan är separerade i flera grupper, antyder att divisomen inte fungerar som en enda molekylär maskin. Snarare, varje proteingrupp spelar en specifik roll.

Med en mer detaljerad bild av celldelningsmaskineriet, biologer kan designa nya antibiotika för att förhindra att bakterieceller delar sig och förökar sig. "Nästa steg är att titta på många fler par av celldelningsproteiner och att ta reda på vilka av dessa vi bör rikta in oss på med läkemedel, säger Söderström.