Zidentyfikowano nowy mechanizm samoorganizacji materii kluczowy dla podziału komórek bakteryjnych

Naukowcy z austriackiego Instytutu Nauki i Technologii (ISTA) dokonali przełomowego odkrycia, które może mieć daleko idące konsekwencje dla rozwoju syntetycznych materiałów samonaprawiających się. Opublikowane w czasopiśmie Nature Physics badania rzucają nowe światło na podstawowe procesy samoorganizacji materii czynnej, niezbędne do podziału komórek bakteryjnych.

Podczas podziału bakterii kluczową rolę odgrywają białka FtsZ, które samoorganizują się w charakterystyczną strukturę pierścieniową w środku komórki. Pierścień ten, zwany pierścieniem podziału bakterii, pomaga w tworzeniu „ściany" oddzielającej komórki potomne. Dotychczas jednak podstawowe fizyczne aspekty tego procesu samoorganizacji nie były w pełni zrozumiałe.

Zespół badawczy z ISTA, wykorzystując modelowanie obliczeniowe, postanowił przyjrzeć się bliżej interakcjom i samoorganizacji białek FtsZ tworzących włókna. Okazało się, że włókna te rozszerzają się i kurczą w ciągłym cyklu, w procesie zwanym „bieżnią", polegającym na ciągłym dodawaniu i usuwaniu podjednostek na przeciwległych końcach włókna.

Kluczowym odkryciem było to, że gdy nici zderzają się z przeszkodą, taką jak ściana komórki, to zamiast się rozrywać, rozpuszczają się i ponownie łączą, tworząc dobrze wyrównaną strukturę nitkowatą – pierścień podziału bakterii. Procesy te zostały potwierdzone zarówno poprzez modelowanie, jak i mikroskopię sił atomowych na zespołach białkowych in vitro.

Odkryto, że samoorganizacja białek FtsZ w pierścień podziału bakterii jest napędzana przez dynamikę bieżni, a nie przez statyczne oddziaływania między białkami. To zupełnie nowe spojrzenie na ten kluczowy proces biologiczny.

Zrozumienie tych podstawowych mechanizmów samoorganizacji materii czynnej może mieć kluczowe znaczenie dla rozwoju syntetycznych materiałów zdolnych do samonaprawy. Naukowcy z ISTA planują dalsze badania, aby zbadać, w jaki sposób sam pierścień podziału bakterii pomaga w tworzeniu ściany dzielącej komórkę bakteryjną na dwie części.

Nowe odkrycie otwiera nowe możliwości projektowania materiałów, które mogłyby naśladować te samoorganizujące się procesy. W przyszłości mogłoby to prowadzić do powstania nowej generacji inteligentnych, samonaprawiających się materiałów.

Wyniki badań opublikowane w Nature Physics mogą mieć daleko idące konsekwencje, nie tylko dla zrozumienia podstawowych mechanizmów życia, ale także dla rozwoju zaawansowanych technologii materiałowych. Odkrycie austriackich naukowców jest przykładem, jak interdyscyplinarne podejście łączące biologię, fizykę i informatykę może prowadzić do przełomowych odkryć.