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Quantifying regulatory protein diffusion in the bacterial cell cycle by high-throughput single particle tracking PALM

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Hochauflösende Bildgebung bei Bakterien

Bisher wurde die Untersuchung von Bakterien durch ihre geringe Größe behindert. Ein europäisches Konsortium wollte die Bakterienforschung durch eine innovative mikroskopiebasierte Technologie revolutionieren.

Digitale Wirtschaft

Bakterien stellen eine unmittelbare Gefahr für die menschliche Gesundheit dar und das Verständnis ihrer Biologie ist daher von zentraler Bedeutung für die Entwicklung neuer Therapien. Das Problem wird durch die Entstehung von antibiotikaresistenten Bakterienarten verstärkt. Da seit 1987 keine neuen Klassen von Antibiotika entdeckt wurden, ist es wichtig, neue antibiotische Targets zu identifizieren. Die geringe Größe der Bakterien hat eine detaillierte Untersuchung der bakteriellen Zelle und die Identifizierung von Proteinen, die von zentraler Bedeutung für ihr Überleben sind, behindert. Das Anvisieren solcher lebenswichtiger Proteine ist wesentlich für die Entwicklung von Antibiotika. Um dieses Problem anzugehen, verwendete das EU-finanzierte Projekt CELL CYCLE PALM die neu entwickelte sptPALM-Technologie (single particle tracking photo activated localisation microscopy), die die Visualisierung von reichlich vorhandenen Proteinen ermöglicht. Mithilfe der hochauflösenden Fluoreszenzmikroskopie wurde die bakterielle Zellbiologie gleichzeitig an mehreren Zellen über die Dauer des Zellzyklus untersucht. Die Aktivitäten des Konsortiums konzentrierten sich auf das Zellteilungsprotein FtsZ, ein Schlüsseltarget für Antibiotika der nächsten Generation, und auf die Frage, wie es während des Zellzyklus organisiert ist. Ergebnisse zeigten, dass sich FtsZ während der Zellteilung in der Mitte der Zelle in einem Band konzentriert und so möglicherweise andere Proteine an die Teilungsebene rekrutiert, statt eine Kontraktionskraft zu bieten, wie bislang angenommen wurde. Diese Feststellung hat wichtige Konsequenzen für das Verständnis des Mechanismus der bakteriellen Zellteilung und soll zu weiteren Studien führen. CELL CYCLE PALM entwickelte auch Software für die Bildanalyse, die hier online verfügbar ist. Die erzeugte Hochdurchsatz-Modalität der PALM-Technik wurde über Blogs, YouTube-Videos und Pressemitteilungen verbreitet. Insgesamt erhofft man sich von dieser Technik, dass sie weitere Untersuchungen und das Verständnis der medizinisch relevanten Prozesse der Zellbiologie von Bakterien fördert.

Schlüsselbegriffe

Bakterielle Bildgebung, Mikroskopie, Antibiotika, photoaktivierte Lokalisationsmikroskopie, Zellteilung

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Wissenschaftliche Fortschritte
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18 Oktober 2021