Lunds universitet firar 350 år. Läs mer på lu.se

Meny

Javascript verkar inte påslaget? - Vissa delar av Lunds universitets webbplats fungerar inte optimalt utan javascript, kontrollera din webbläsares inställningar.
Du är här

Bakteriers komplicerade inre liv

Bildning av sporer hos Streptomyces

Bilderna ovan visar celldelningsringar bestående av cytoskelettproteinet FtsZ (grönt) vid bildning av sporer hos bakterien Streptomyces coelicolor. Den yttersta cellen i en kedja av långsträckta celler (hyf) kommer att delas upp i ett stort antal sporer. Den vita linjen motsvarar 6 mikrometer.

Bakteriell cell- och utvecklingsbiologi

Bakteriers litenhet har länge lurat oss. Ny forskning har lett till en revolution i vår syn på den skenbart enkla bakteriecellen. Den har i många avseenden visat sig vara lika komplex och organiserad som de eukaryota (kärnförsedda) cellerna hos djur, växter och svampar, och den innehåller många beståndsdelar och egenskaper som man trodde bara fanns hos eukaryoterna. En avgörande upptäckt är att bakterier innehåller samma typer av interna cellskelett, s.k. cytoskelett, som eukaryoterna (bestående av mikrotubuli, aktinfilament och intermediärfilament), och även en del egna typer. Dessa cytoskelett bildar dynamiska strukturer av proteintrådar inne i bakteriecellen, där de styr och organiserar livsnödvändiga processer. De är bland annat nödvändiga för celldelning, de styr syntes av cellväggen och bestämmer därmed cellens form, de bestämmer cellens polaritet (d.v.s. riktningen på cellens längsaxel och egenskaperna hos dess ändar) och de driver separationen av kromosomer och plasmider (små DNA-bitar utanför kromosomerna) så att dottercellerna ärver samma uppsättning av arvsmassan vid celldelning. Kunskapen om dessa processer är fortfarande mycket begränsad. Det är viktigt att reda ut de molekylära och cellbiologiska mekanismer som är inblandade: av rent grundvetenskapliga skäl, för att kunna utveckla nya antibiotika och andra sätt att bekämpa oönskade bakterier, samt för att tämja och styra värdefulla mikroorganismer till exempel i industriella processer.

Vår forskning om centrala funktioner i baktericellen

Forskningen i detta projekt syftar till att klargöra flera centrala cellbiologiska funktioner hos bakterier. I ett delprojekt har vi upptäckt en helt ny molekylär mekanism som styr cellpolaritet och cellväggssyntes i en bakteriecell, samt även bestämmer cellens form. Denna mekanism innefattar ett protein som förmodligen ingår i cytoskelettet och en regulatorisk process som styr dess lokalisering i cellen. I ett annat delprojekt vill vi fastställa hur bakteriers motsvarighet till tubulinet i eukaryoternas mikrotubuli, proteinet FtsZ, regleras så att det bildar en ring runt cellen precis där cellen ska delas och startar celldelningen vid exakt rätt tidpunkt. I det tredje delprojektet studeras celldifferentiering, d.v.s. specialisering av celler till att fylla nya funktioner. Där vill vi identifiera gener och mekanismer som direkt reglerar de kraftiga förändringar av cellväggstillväxt, celldelning, cellstruktur och fördelning av kromosomer, som behövs för att omvandla en växande trådformad cell till ett stort antal sporer. Som modellorganism använder vi den Gram-positiva bakterien Streptomyces coelicolor. Den har unika egenskaper och väl utvecklad genetik som gör den speciellt lämplig för detta projekt.

Yttersta delen av en hyf av Streptomyces

Bilden visar schematiskt hur den yttersta cellen i en hyf av bakterien Streptomyces coelicolor delas upp i sporer. Proteinet FtsZ (grönt) bildar spiralformade trådar som sedan omvandlas till ringar. Ringarna gör att cellen uppdelas i flera celler som sedan utvecklas till sporer. Jämför med bilden överst på sidan.

Medicinsk och industriell relevans

Bakterien Streptomyces coelicolor är relevant och angelägen som försöksorganism, både ur medicinsk och industriell synvinkel. Den är den bäst studerade och utvecklade modellorganismen i en av de största bakteriegrupperna: aktinomyceterna. Flera allvarliga sjukdomsalstrande bakterier som Mycobacterium tuberculosis (orsakar tuberkulos) och Corynebacterium diphtheriae (orsakar difteri) är aktinomyceter. Vidare hör aktinomyceterna till naturens bästa kemister och producerar bl.a. merparten av alla kända antibiotika. De används därför i stor utsträckning vid industriell produktion av antibiotika och andra värdefulla substanser. Aktinomyceterna skiljer sig i många grundläggande funktioner från de annars mest studerade bakterierna (t.ex. kolibakterien, Escherichia coli), och resultat från studier av modellorganismen Streptomyces coelicolor är därför direkt tillämpbara på andra aktinomyceter inom både medicin och industri.

Illustration av tillväxt hos E. coli och S. coelicolor

Celler av bakterierna Escherichia coli (kolibakterien) (till vänster) och Streptomyces coelicolor (till höger) tillväxer båda genom förlängning, men på olika sätt. Nytt cellväggsmaterial bildas i de blå områdena.

Utveckling av nya antibiotika

Våra projekt skapar ny kunskap som är direkt användbar i utvecklingen av nya antibakteriella substanser. Den alarmerande snabba utvecklingen och spridningen av resistens mot de antibiotika som används idag gör detta till en mycket angelägen och brådskande uppgift. Bakteriers cytoskelett styr processer som är livsnödvändiga i bakteriecellen. De är därför lämpliga som mål för små molekyler som kan hämma deras funktion och därmed döda bakterien eller stoppa dess tillväxt. Med hjälp av kunskap om målprocesserna i cellen kan sådana molekyler utformas och utvecklas till läkemedel. Forskningen i detta projekt är speciellt relevant för utveckling av ny behandling mot t.ex. tuberkulos, en av de globalt sett allvarligaste och mest spridda infektionssjukdomarna.

Två hyfer som växer ut från Streptomyces

Två hyfer växer ut från en groende spor avStreptomyces coelicolor. Röd infärgning visar att cellväggstillväxten sker i hyfernas spetsar. Gröninfärgning visar att proteinet DiviVA finns i tillväxtszonerna. Troligen är det detta protein som styr cellväggstillväxten. Den vita linjen motsvarar 6 mikrometer.

Sidansvarig:

KONTAKT

Klas Flärdh
Professor
Molekylär Cell Biology

Telephone: +46 46-222 86 22
E-mail: Klas [dot] flardh [at] biol [dot] lu [dot] se (Klas:)