Imagini 3D dezvăluie modul în care celulele bacteriene coordonează producția și transportul proteinelor prin membrană
Cercetătorii de la Laboratorul European de Biologie Moleculară (EMBL) din Heidelberg au folosit tomografia crioelectronică (cryo-ET) pentru a vizualiza modul în care diferite procese celulare sunt conectate, potrivit unor studii publicate în revista Cell. Cele două lucrări analizează interacțiunile dintre sistemele celulare, cu accent pe coordonarea proceselor din interiorul bacteriei Mycoplasma pneumoniae.
Echipa condusă de Julia Mahamid a reconstruit hărți de înaltă rezoluție și a numărat ribozomii — mașinăria de producție a proteinelor — aflați în diferite stări funcționale, în sute de celule individuale. Cercetătorii au observat mai multe complexe noi care conectează direct transcripția, procesul de producere a ARN-ului mesager din ADN, cu translația, procesul de producere a proteinelor. Aceste observații oferă dovezi structurale pentru „supercomplexe” ipotetice și sugerează mecanisme moleculare noi de reglare a producției de proteine.
Studiul a mai arătat că unele subunități ale ribozomului rămân atașate de membrana celulară chiar și atunci când nu produc proteine. Rezultatele sugerează că aceste subunități s-ar putea detașa de membrană doar atunci când condițiile permit începerea unei noi runde de producție proteică. Acest comportament a fost observat în celulele de mamifere acum câteva decenii, iar noile date indică faptul că astfel de mecanisme ar putea fi conservate de la bacterii până la oameni.
Într-un al doilea studiu, Rasmus Jensen a condus cercetarea unui sistem responsabil pentru transportul și plierea proteinelor la nivelul membranei celulare. Combinând imagistica cryo-ET, proteomica și predicțiile computaționale ale structurii proteinelor, echipa a descoperit că această mașinărie moleculară conține bine-cunoscutul Sec-translocon, un canal proteic din membrana celulară care acționează ca o poartă pentru scoaterea proteinelor nou formate din celulă. De asemenea, complexul include trei proteine necunoscute anterior, care ajută proteinele transportate să se plieze în formele lor funcționale corecte.
Imaginile obținute au arătat modul în care proteinele traduse de ribozomi încep să se deplaseze prin membrana celulară, dezvăluind că transportul proteinelor este strâns legat de un sistem nou descoperit de pliere a proteinelor în afara celulei la Mycoplasma pneumoniae.
„Am combinat expertiza în microbiologie, proteomică, bioinformatică, biologie structurală și modelare integrativă”, a declarat Julia Mahamid, lider de grup la EMBL și autoare principală a ambelor lucrări. „Această lucrare spune întreaga poveste a procesului de descoperire: vizualizarea unei noi mașinării celulare, identificarea genelor și proteinelor și înțelegerea modului în care funcționează totul.”
Deși descoperirile sunt interesante în sine, studiile pun și bazele conceptuale pentru cercetări viitoare. „În ambele lucrări am pornit de la ceea ce am numi o celulă minimală, unde totul este relativ simplu”, a explicat Jensen. „Am extins ceea ce este posibil conceptual în această bacterie minimală și am stabilit modalități de aplicare a acestor metode la organisme mai complexe.”
„Viitorul constă în studierea comunităților moleculare”, a concluzionat Mahamid. „Decenii de biologie structurală realizată pe molecule izolate ne-au oferit vederi detaliate ale structurilor și funcțiilor lor. În trecut, pur și simplu nu aveam tehnologia pentru a studia interacțiunile lor complexe. Această lucrare arată încă o dată cum cryo-ET este o tehnologie care ne permite să vedem lucruri noi și conectivitatea din interiorul celulelor.”
