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了解无膜细胞器中的膜

细胞内的细胞器是微小的引擎,包裹着使细胞存活的过程。

但是科学家最近发现,一些细胞器没有被膜束缚,研究细菌中的这些隔室可能为理解如何使某些细菌繁殖以及如何阻止其他细菌打开大门。

在过去的十年中,科学家们意识到,真核细胞(包含与膜结合的核和细胞器的细胞)也使用所谓的无膜细胞器。密歇根大学分子,细胞和发育生物学的助理教授安东尼·韦基亚雷利(Anthony Vecchiarelli)表示,这些无膜细胞器限制了细胞正常运行的各种过程。

现在,由研究生Christopher Azaldegui领导的UM评论,包括Vecchiarelli和化学与生物物理学副教授Julie Biteen,证明了无膜细胞器如何在细菌细胞中起作用。这篇综述描述了在各种细菌中发现的无膜细胞器的10个例子,这些例子可以通过称为液相-液相分离的过程来调节/形成。

Vecchiarelli说:“您可以像将油和醋混合时一样:它们都保持液态,但彼此分离。”

当生物分子(例如蛋白质)和核酸(例如RNA)与细胞质分离时,就会形成液滴。这些液滴通过弱相互作用(蛋白质-蛋白质相互作用或蛋白质-核酸相互作用)聚集。这些无膜细胞器参与细菌的各种过程,例如代谢,染色体组织,染色体分离,细胞分裂,发病机理和DNA复制,翻译和转录。

了解这些无膜细胞器的工作原理非常重要,因为它们比膜结合细胞器对周围环境(包括温度,细胞质的酸度或细胞中营养物质的利用)的变化要敏感得多。例如,Azaldegui描述了结核菌中的转运蛋白,该转运蛋白可能会进行相分离以组装结核病毒力所需的机制。破坏液-液相分离将破坏细菌的疾病发展。

Vecchiarelli的实验室特别研究了羧基体,一种在蓝细菌(通常称为蓝绿藻)中发现的固碳细胞器,这种细菌会导致人类或其他遇到这种疾病的动物患病。但是羧基体将大气中的二氧化碳转化为蓝细菌用来生长的糖。蓝藻细菌排出大气中的二氧化碳在全球碳固存中起关键作用。

Vecchiarelli说:“除了产生毒素的能力外,蓝细菌还负责固定全球总碳的35%,这在很大程度上是由于羧基囊体的碳浓缩能力。” “了解羧基脂质体如何从我们的大气中清除二氧化碳在理解如何减轻气候变化方面当然具有重要作用。”

Azaldegui说,科学家们现在才刚刚开始鉴定细菌中的无膜细胞器,因为细菌比真核细胞小得多,大约小10到100倍。通过这次审查,Azaldegui希望提供一个平台以更标准化的方式研究细菌中的无膜细胞器–在这种情况下,使用他在朱莉·比廷(Julie Biteen)实验室中开发的一种称为超分辨率显微镜的技术。

“通过使用荧光显微镜一次检测并精确定位一个分子的位置,我们甚至可以解决细菌细胞内部的组织和运动。这种方法特别重要,因为它与活细胞相容。”化学和生物物理学副教授Biteen说。

激光和样品制备不会损害细胞,并且荧光成像是在标准台式显微镜下进行的,这与电子显微镜相反,电子显微镜需要在真空环境中细胞无法存活。

Azaldegui说:“在Biteen教授的实验室中,我们开发了超分辨率显微镜工具,打破了常规的分辨率极限,可以实际看到10至30纳米尺度的结构。” “我开始考虑这些工具在研究无膜细胞器中将如何非常有用,以及如何开发出更严格和定量的方法来评估细菌中的这些液滴。”

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