Жизнь – это непрерывный танец создания и разрушения. Молекулы рождаются, выполняют свою миссию и уходят, словно актеры на сцене, меняя декорации и сюжет. Но как эта сложная симфония самоорганизации происходит на молекулярном уровне? Как белки «знают», когда собираться в стройные ряды, а когда распасться, чтобы дать место новому поколению?
Группа ученых во главе с профессором Анжелой Шарич из Института науки и технологий Австрии (ISTA) решила разгадать эту тайну, взяв за объект изучения белок FtsZ – ключевой участник деления бактериальных клеток.
Беговая Дорожка Жизни: Не Просто Движение, а Круговорот
FtsZ – это строитель клетки, который самоорганизуется в кольцо в центре делящейся бактерии, словно архитектор возводит стену, разделяющую дочерние клетки. Этот процесс, называемый «беговой дорожкой», напоминает непрерывный поток: субъединицы FtsZ постоянно присоединяются к концам нитей и отщепляются с других, создавая динамичный круговорот.
Ранее считалось, что беговая дорожка – это просто форма движения, как поезд по рельсам. Но Шарич и ее команда предложили революционную интерпретацию: FtsZ не толкает окружающую среду, а «живет» за счет постоянного обмена с ней.
Умирая, чтобы Родиться: Неожиданный Механизм
И вот здесь кроется главный секрет!
Компьютерные модели показали, что смещенные нити FtsZ при столкновении с препятствием не просто останавливаются – они «умирают» и распадаются. Это разрушение, как капля дождя, падающая в озеро, создает волны, которые стимулируют сборку новой структуры.
“Активная материя из смертных нитей не терпит смещения. Когда нить растет и встречает преграду, она распадается, словно отмирающий лист опадает с дерева, чтобы дать место новому росту”, – поясняет Кристиан Ванхилле Кампос, первый автор исследования.
Эта «морфогенетическая смерть» – не конец, а начало. Распад нитей способствует более совершенной сборке кольца деления, словно разрушение старого здания позволяет построить новое, более прочное и функциональное.
Совместный Танцор: Эксперимент Подтверждает Модель
Результаты моделирования были подтверждены двумя независимыми экспериментальными группами. Сотрудничество с Семусом Холденом из Университета Уорика позволило визуализировать образование бактериальных колец в живых клетках, а работа с Мартином Лоузом из ISTA показала аналогичные процессы при сборке FtsZ in vitro.
“Мы увидели, что кольца FtsZ в нашем моделировании ведут себя точно так же, как кольца деления Bacillus subtilis, которые команда Холдена наблюдала под микроскопом”, – отмечает Ванхилле Кампос.
От Бактерий к Синтетике: Новые Возможности
Открытие Шарич и ее команды имеет далеко идущие последствия. Понимание механизмов самоорганизации, управляемых энергией, может привести к созданию синтетических материалов, способных к самовосстановлению и даже саморепликации – словно искусственные клетки.
“Мы стремимся создать живую материю из неживой, которая будет имитировать процессы жизни. Наша работа – это первый шаг к этой цели”, – говорит Шарич.
В будущем команда планирует детально смоделировать процесс формирования разделяющей стенки бактериальной клетки и продолжить исследования с грантом Wellcome Trust в размере 3,7 миллиона евро. Танцующий мир молекул FtsZ открывает перед нами невероятные перспективы в синтетической биологии и понимании самой природы жизни.
