Биологи рассказали о «бутылочном горлышке» размножения бактерий
«Протискивание» тройственного комплекса к рибосоме. Изображение: Max Planck Institute
Европейские биохимики установили, что максимальная скорость синтеза белка и, соответственно, скорость деления бактерий, ограничены скоростью поставки строительных материалов к рибосоме сквозь плотную среду клетки. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, а его краткое содержание приводит Общество Макса Планка.
В ходе исследования ученые составили математическую модель роста кишечной палочки Escherichia coli. Модель была построена на базе существующих экспериментальных данных и сводила воедино информацию о влиянии на скорость трансляции концентрации различных молекул, которые участвуют в синтезе.
По словам ученых, ключевым фактором, который ограничивает скорость трансляции, оказался так называемый тройственный комплекс, состоящий из остатка аминокислоты (связанного с тРНК), молекулы ГТФ и фактора элонгации EF-Tu. Последний служит для «подталкивания» остатка аминокислоты в нужное место на рибосоме.
Оказалось, что максимальная скорость синтеза белков, которая может быть достигнута бактерией, определяется тем, как быстро новые тройственные комплексы могут протиснутся к рибосоме сквозь другие молекулы. Кроме того, ученые выяснили, что с какой бы скоростью ни шел синтез, бактерии ведут себя почти идеально экономно: они тратят на инвестиции в будущий рост (то есть на синтез рибосомных белков) ровно столько усилий, сколько требуется для поддержания достигнутой скорости. Тот факт, что у бактерий максимальная скорость деления клетки определяется именно синтезом белка, а не, скажем, репликацией ДНК, был установлен ранее другими исследователями.
В реальных условиях максимальная скорость роста бактериям требуется довольно редко. Тем не менее, с эволюционной точки зрения она очень выгодна: та бактерия, которая первой использовала все внезапно полученные ресурсы, оставляет наиболее обширное потомство. За время эволюции такой отбор привел к тому, что многие бактерии в оптимальных условиях способны делиться каждые 20 минут — в десятки раз быстрее, чем клетки многоклеточных.