DNA bepaalt de plek waar een bacterie zich splitst

Nieuws - 16 april 2012 - Webredactie Communication

Wetenschappers van het Kavli Institute of Nanoscience aan de TU Delft hebben vastgesteld dat DNA fungeert als een soort ‘steiger’ die nauwkeurig de locatie coördineert van de eiwitten die de celdeling sturen. Dat deden ze met E-coli bacteriën die zeer vreemde vormen hebben en die recent zijn ontdekt door dezelfde onderzoeksgroep. De onderzoekers publiceren vandaag over hun bevindingen in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS.

De celdeling is een van de meest kritische gebeurtenissen in het leven van een cel. Bij dit proces worden de celwand en het celmembraan opgebouwd die de oorspronkelijke moedercel in twee dochtercellen deelt. De celwand moet precies op de juiste plek en op een betrouwbare manier worden opgebouwd om bacteriën succesvol te kunnen laten delen en nakomelingen te produceren.

‘Pannekoek-achtig’

Prof. Cees Dekker van de Afdeling Bionanoscience, supervisor van het onderzoek samen met dr. Juan Keymer: ‘Normale E. coli bacteriën, die eruit zien als kleine staafjes, kunnen de nieuwe celwand zeer precies in het midden van de cel bouwen. Toen we enkele jaren geleden E. coli bacteriën bestudeerden op een lab-on-a chip, zagen we dat deze cellen opvallend goed groeiden in spleetjes die zelfs nauwer waren dan de cel zelf. In deze spleetjes veranderden ze zeer drastisch van vorm, naar een plat ‘pannenkoek-achtig’ type. Hun afmetingen werden ook veel groter. Opmerkelijk genoeg bleken de bacteriën nog steeds in staat om zich correct te delen en nakomelingen te produceren; dit dus ondanks hun afwijkende vorm.’

Proces celdeling

Verrast door dit fenomeen, begon het Delftse team te analyseren hoe het proces van celdeling plaatsvindt in deze nieuwe vormen van bacteriële cellen. De celdeling bleek nog steeds zeer nauwkeurig 50/50% plaats te vinden, wat onverwacht was gezien de afwijkende vormen. ‘We vroegen ons af welk mechanisme de twee dochtercellen in staat stelt om vrijwel gelijke volumes te krijgen.’

De onderzoekers bestudeerden twee systemen. In het eerste, het zogenoemde Min systeem, diffunderen bepaalde eiwitten en reageren ze met elkaar waardoor ze een patroon creëren voor een nauwkeurige celdeling. Het team ontdekte dat dit systeem goed werkt bij reguliere vormen, maar vaak niet bij afwijkende vormen.

Gidsfunctie

‘Daarna keken we naar een ander mechanisme, voorgesteld door prof. Conrad Woldringh en collega’s van de Universiteit van Amsterdam’, zegt Jaan Männik, de postdoc die het onderzoek leidde. ‘Volgens dit mechanisme, fungeren de chromosomen (compacte pakketjes DNA) als een gids voor de positionering van de eiwitten die de celdeling sturen. Het idee is simpel: in gebieden waar zich DNA bevindt, hechten zich geen eiwitten die de celdeling in gang zetten, terwijl ze dat wel doen in DNA-vrije regionen van de cel. Of dit werkelijk zo is en zo ja, waarom, was een discussiepunt.’

Door de chromosomen en de  celdelings-eiwitten te markeren met verschillende kleuren – mogelijk gemaakt door co-auteur prof. David Sherratt en medewerkers – vonden de wetenschappers dat dit mechanisme de observaties in de vreemd gevormde cellen kan verklaren, en geeft inzicht hoe celdeling geregeld wordt in bacteriën.

‘De belangrijke uitkomst van ons werk is dat compact DNA in bacteriële cellen een belangrijke coördinator is voor de positionering van de celwand in deze bacteriën. Naast de bekende functie van drager van genetische informatie in de cel, fungeert DNA in E. coli dus ook als een soort structureel raamwerk dat de locatie van celdelings-eiwitten coördineert; en wellicht zijn er nog andere functies.’

Nadere informatie:
Prof.dr. Cees Dekker
Kavli Institute of Nanoscience
Lorentzweg 1, 2628 CJ Delft
The Netherlands
Email: c.dekker@tudelft.nl

Artikel: 
‘Robustness and accuracy of cell division in Escherichia coli in diverse cell shapes’ - Jaan Männik, Fabai Wu, Felix J. H. Hol, Paola Bissichia, David Sherratt, Juan E. Keymer and Cees Dekker. Verschijnt online (Early Edition) in Proceedings of the National Academy of Sciences USA (PNAS), in de week van 16 april. Een pdf van het artikel kan op verzoek worden toegezonden: c.dekker@tudelft.nl

Beeld door Cees Dekker/Juan Keymer lab TU Delft

Bijschrift:
Platte ‘pannekoek-vormige’ E. coli bacteriën in twee nanogefabriceerde kanaaltjes. Bacteriële chromosomen zijn getoond in rood terwijl de eiwitten die de celdeling uitvoeren, groen gekleurd zijn. Chromosomen en eiwitten vermijden elkaar  – deze twee belangrijke celcomponenten bezetten niet dezelfde plek in de cel. In filmpjes, in plaats van stilstaande beelden, is te zien dat chromosomen een gids zijn voor de positionering van het celdelingscomplex; op die manier fungeren ze als een structureel raamwerk in het celdelingsproces.