Cellen delen zich door te ‘metselen op bewegende steigers’

16 februari 2017 door Webredactie Communication

Het is het meest cruciale mechanisme van het leven: celdeling. Het is al 25 jaar bekend dat een bacterie zich in tweeën deelt door in zijn midden een zogenaamde Z-ring aan te leggen. Daarmee knijpt hij zichzelf in twee dochtercellen. Onderzoekers van de universiteiten van Harvard, Indiana, Newcastle en Delft wisten met geavanceerde microscopen te ontrafelen hoe een bacterie dat doet. De bacterie blijkt in ongeveer een kwartier tijd een nieuwe celwand te bouwen, van buiten naar binnen werkend met behulp van meerdere moleculaire ‘metselaars’. Volstrekt onverwacht was dat die ‘metselaars’ zich langs de binnenkant van de wand-in-aanbouw verplaatsen door ‘treadmilling’: het bouwen aan de celwand gebeurt vanaf een steiger die aan de voorkant voortdurend wordt verlegd, terwijl die aan de achterkant voortdurend wordt afgebroken. De wetenschappers publiceren er over op vrijdag 17 februari in Science.

Meer weten? Lees het Instant Magazine!

Kleuren

De wetenschappers onderzochten het proces door individuele bacteriën met geavanceerde microscopen te bekijken. Ze voorzagen daarbij het celwandmateriaal van gekleurde labeltjes. Door de kleuren telkens te veranderen, zagen ze dat de bacterie de celwand van buiten naar binnen opbouwt. Door de kleur van het bouwmateriaal met tussenpozen van slechts enkele seconden te veranderen, zagen ze ook dat dit niet geleidelijk gebeurt maar telkens op een net andere plek. De motor die dat alles controleert is FtsZ, een eiwit dat een boogvormig stukje polymeer maakt en dat blijkt voort te bewegen via een fenomeen dat ‘treadmilling’ heet, naar de oude tredmolens uit de middeleeuwen.

Eiwit als steiger

“Bij treadmilling creëer je verplaatsing door aan voorkant iets toe te voegen en tegelijk aan de achterkant weer weg te halen”, vertelt prof. Cees Dekker van het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft, co-auteur van het artikel. “Een cel gebruikt dit fenomeen dus ook voor het bouwen van celwand, blijkt uit ons onderzoek.” 

 

 

Een celwand wordt gebouwd met behulp van een aantal samenwerken eiwitten, waarvan FtsZ de belangrijkste rol speelt. “Onze nieuwe ontdekking lost de 25 jaar oude puzzel op van hoe FtsZ de celdeling coördineert. Dit eiwit blijkt te werken als een soort steiger waarop de bouwwerkzaamheden plaats vinden. Het is alleen geen rollende steiger maar een vaste steiger die voortdurend zelf wordt verbouwd: de cel bouwt voor de werkzaamheden aan de celwand de hele tijd nieuwe steigerplanken bij, zeg aan de rechterkant van de FtsZ steiger, en breekt dan de overbodige steiger aan de linkerkant achter de werkzaamheden weer af. En zo schuift de steiger langs de celwand. Vanaf de steiger wordt de bouwmachine aangestuurd die de celwand produceert, en die beweegt dus netjes mee met de langzaam verplaatsende steiger. Dat doet de cel met verschillende steigers langs de celwand tegelijkertijd, en zo wordt er in 10, 15 minuten een tussenwand gebouwd. Andere eiwitten zorgen er intussen voor dat bijvoorbeeld het DNA netjes over de twee helften worden verdeeld, dat het membraan netjes wordt afgesloten, enzovoorts. Celdeling is een complex en fascinerend proces.”

Nanodoosjes

Het onderzoek was een samenwerking tussen wetenschappers van vier wetenschappelijke groepen in de VS, Engeland en Delft. De belangrijkste Delftse bijdrage bestond uit het produceren van nanostructuren, waar precies één bacterie in de lengterichting in past. “Door die nanodoosjes rechtop op de microscoop te zetten,  konden wij een dwarsdoorsnede van de cel precies scherp in beeld krijgen. Daardoor hadden we goed zicht op de dynamica van de FtsZ-moleculen. Een technisch belangrijke bijdrage”, aldus Dekker.

Hoewel het onderzoek fundamenteel van aard is, voorziet Dekker in de toekomst ook praktisch nut van dit type onderzoek. “Als we celdeling van bacteriën goed doorgronden, verschaft ons dat mogelijk ook alternatieve antibiotica. Dat is nog wel ver weg, maar als we de celdeling van bacteriën gericht kunnen verstoren, kunnen we ook ziekteverwekkende bacteriën in de toekomst mogelijk met nieuwe wapens bestrijden.” 

Meer informatie 

© 2017 TU Delft

Metamenu