Shkencëtarët zbulojnë thembrën e re të murit qelizor bakterial

Që qelizat bakteriale të rriten dhe të ndahen, muret e tyre qelizore kanë nevojë për rimodelim të vazhdueshëm. Ky proces kërkon një ekuilibër të kujdesshëm të enzimave litike dhe prodhimit të peptidoglikanit. Një ekip studiuesish të kryesuar nga Martin Thanbichler zbuluan se një rregullator qendror mund të kontrollojë klasa krejtësisht të ndryshme të autolizinave. Meqenëse shumë antibiotikë sulmojnë murin qelizor bakterial, ky zbulim mund të hapë rrugën për metoda të reja trajtimi kundër infeksioneve bakteriale.

Gjatë evolucionit, qelizat kanë zhvilluar një gamë të gjerë strategjish për të forcuar mbështjelljen e tyre kundër presionit të brendshëm osmotik, duke i lejuar ato të rriten në një sërë mjedisesh të ndryshme. Shumica e specieve bakteriale sintetizojnë një mur qelizor gjysmë të ngurtë që rrethon membranën citoplazmike, përbërësi kryesor i së cilës, peptidoglikani, formon një rrjetë të dendur që mbështjell qelizën.

Përveç rolit të tij mbrojtës, muri qelizor shërben edhe si mjet për të gjeneruar forma specifike qelizore, si sfera, shufra ose spirale, duke lehtësuar kështu lëvizshmërinë, kolonizimin e sipërfaqes dhe patogjenitetin.

Prania e një muri qelizor paraqet sfidat e veta: qelizat duhet ta rimodelojnë vazhdimisht atë në mënyrë që të rritet dhe të ndahet. Për ta bërë këtë, ata duhet të bëjnë grisje me shumë kujdes në mur për ta lejuar atë të zgjerohet dhe të ndryshojë, duke ndrequr shpejt boshllëqet me material të ri për të parandaluar shembjen e tij. Ky proces i rimodelimit të murit qelizor përfshin ndarjen e lidhjeve nga enzimat litike, të njohura gjithashtu si autolizina, dhe futjen e mëvonshme të materialit të ri të murit qelizor nga sintazat peptidoglikane. Aktivitetet e këtyre dy grupeve antagoniste të proteinave duhet të koordinohen ngushtë për të parandaluar pikat e dobëta në shtresën e peptidoglikanit që çojnë në lizën dhe vdekjen e qelizave.

Ekipi hulumtues i udhëhequr nga Martin Thanbichler, bashkëpunëtor i Max Planck në Institutin Max Planck për Mikrobiologjinë Tokësore dhe Profesor i Mikrobiologjisë në Universitetin e Marburgut, ka vendosur të zbulojë përbërjen dhe funksionin e makinerisë autolitike. Studimet e tyre fokusohen në bakterin në formë gjysmëhëne Caulobacter crescentus , i cili gjendet në mjediset e ujërave të ëmbla dhe përdoret gjerësisht si një organizëm model për të studiuar proceset themelore qelizore në baktere.

Sipas Thanbichler, studimi i funksionit të autolizinave ka qenë një detyrë sfiduese. “Ndërsa ne dimë shumë për makinerinë sintetike, autolizinat rezultuan të jenë një arrë e fortë për t’u çarë.” Maria Billini, një studiuese postdoktorale në ekipin e Thanbichler, shton: “Bakteret zakonisht strehojnë shumë lloje autolizinash nga familje të ndryshme enzimash me objektiva të ndryshëm. Kjo do të thotë se këto proteina janë shumë të tepërta dhe fshirja e gjeneve individuale të autolizinës shpesh ka pak efekt në morfologjinë dhe rritjen e qelizave.

Analiza e rregullatorëve të mundshëm të autolizinës nëpërmjet shqyrtimit të bashkë-imunoprecipitimit dhe analizave in vitro të ndërveprimit protein-proteinë ka zbuluar se një faktor i quajtur DipM luan një rol kryesor në rimodelimin e murit qelizor bakterial. Ky rregullator kyç, një proteinë periplazmike e tretshme, çuditërisht ndërvepron me disa klasa autolizinash si dhe me një faktor të ndarjes qelizore, duke treguar një shthurje që më parë ishte e panjohur për këtë lloj rregullatori.

DipM ishte në gjendje të stimulonte aktivitetin e dy enzimave të ndarjes së peptidoglikanit me aktivitete dhe palosje krejtësisht të ndryshme, duke e bërë atë rregullatorin e parë të identifikuar që mund të kontrollojë dy klasa autolizinash. Veçanërisht, rezultatet tregojnë gjithashtu se DipM përdor një ndërfaqe të vetme për të bashkëvepruar me objektivat e saj të ndryshëm.

“Ndërprerja e DipM çon në humbjen e rregullimit në pika të ndryshme të procesit të rimodelimit dhe ndarjes së murit qelizor dhe në fund e vret qelizën”, thotë studenti i doktoraturës Adrian Izquierdo Martinez, autori i parë i studimit. “Funksioni i tij i duhur si një koordinator i aktivitetit të autolizinës është kështu kritik për mirëmbajtjen e duhur të formës së qelizave dhe ndarjen e qelizave në C. crescentus .”

Karakterizimi gjithëpërfshirës i DipM zbuloi një rrjet të ri ndërveprimi, duke përfshirë një lak vetë-përforcues që lidh transglikozilazat litike dhe ndoshta autolizinat e tjera me thelbin e aparatit të ndarjes qelizore të C. crescentus, dhe ka shumë të ngjarë edhe baktere të tjera . Kështu, DipM koordinon një rrjet kompleks autolizin, topologjia e të cilit ndryshon shumë nga ajo e sistemeve të autolizinës të studiuara më parë. Martin Thanbichler thekson: “Studimi i rregullatorëve të tillë me shumë enzima, mosfunksionimi i të cilëve ndikon në disa procese të lidhura me murin qelizor në të njëjtën kohë, jo vetëm që na ndihmon të kuptojmë se si muri qelizor reagon ndaj ndryshimeve në qelizë ose mjedis. Ai gjithashtu mund të kontribuojë në zhvillimin e strategjive të reja terapeutike që luftojnë bakteret duke ndërprerë disa rrugë autolitike në të njëjtën kohë.