Nat,Microbiol：打破常規(guī)！發(fā)現(xiàn)令人吃驚的細(xì)胞分裂方式

2016年10月14日訊 大多數(shù)細(xì)菌通過將一種被稱作FtsZ的蛋白放置在分裂位點上進(jìn)行細(xì)胞分裂。傳統(tǒng)上，人們普遍認(rèn)為FtsZ必需組裝成一種環(huán)狀結(jié)構(gòu)以便招募十幾種其他的蛋白，并且與它們一起同時施加一種均勻的收縮力，從而從左右兩邊對細(xì)菌進(jìn)行擠壓。這就好比一個人試圖利用大拇指和無名指擠壓棒狀氣球一樣。盡管對這種分裂蛋白復(fù)合體中的哪種蛋白產(chǎn)生這種收縮力仍然存在爭論，但是從來沒有爭議的一點是FtsZ形成一種環(huán)狀結(jié)構(gòu)。由連續(xù)的FtsZ蛋白絲或短的部分重疊的FtsZ蛋白絲形成的這種環(huán)狀結(jié)構(gòu)長期以來被認(rèn)為是細(xì)胞分裂所必需的，它的形狀可以是不規(guī)則的、橢圓形的或圓環(huán)形的。

細(xì)菌細(xì)胞生物學(xué)教科書是通過研究能夠在實驗室中培養(yǎng)的微生物而被撰寫的。然而，迄今為止，大多數(shù)細(xì)菌并不能夠培養(yǎng)，而且僅能夠在它們的天然環(huán)境中觀察到。這就是與多細(xì)胞有機(jī)體存在密切聯(lián)系的細(xì)菌的情形。

論文通信作者、奧地利維也納大學(xué)生態(tài)基因組學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)系科學(xué)家Silvia Bulgheresi和她的團(tuán)隊研究了在海洋線蟲Stilbonematinae表面上生長和增殖的細(xì)菌。正是在位于加勒比海中央的一個熱帶島嶼附近的這些海洋線蟲的表面上，他們發(fā)現(xiàn)了一種非常規(guī)的細(xì)菌。對這種細(xì)菌---海洋線蟲的共生菌Robbea hypermnestra---的分析重新點燃了關(guān)于這種促進(jìn)細(xì)菌細(xì)胞分裂的收縮力是如何產(chǎn)生的討論。相關(guān)研究結(jié)果于2016年10月10日在線發(fā)表在Nature Microbiology期刊上，論文標(biāo)題為“Asynchronous division by non-ring FtsZ in the gammaproteobacterial symbiont of Robbea hypermnestra”。

這種共生菌是一種大約1 x 3 μm的桿狀細(xì)菌，并且利用一個極（pole）附著到它的線蟲宿主的表面上。它做的第一件怪異的事情是將讓它的分裂面與它的長軸平行，這就是它縱向分裂而不是橫向分裂（像常規(guī)的桿狀細(xì)菌所做的那樣）。這種聰明伶俐的的共生菌居然是非同步地發(fā)生細(xì)胞分裂。這就是它首先在附著到線蟲的極上發(fā)生內(nèi)折，然后在它的自由的極上發(fā)生內(nèi)折。論文第一作者、維也納大學(xué)生態(tài)基因組學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)系研究員Nikolaus Leisch解釋道，“但是最令人吃驚的之處在于：當(dāng)我們尋找FtsZ環(huán)時，我們根本就沒有發(fā)現(xiàn)?！?/p>

這種Robbea hypermnestra共生菌的細(xì)胞分裂讓科學(xué)家們感到眼花繚亂，這就是他們并不知道這種詭異的細(xì)胞分裂可能帶來什么樣的進(jìn)化優(yōu)勢。一種可能的解釋是這將會允許這種共生菌對它的線蟲宿主保持忠誠。Bulgheresi猜測，“縱向分裂可能進(jìn)化出來的目的在于將這種宿主附著傳遞給兩個子細(xì)胞。換言之，是為了避免一個子細(xì)胞因未附著到宿主上而丟失在海洋或沙子中。”

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