Diese Umstrukturierung ist entscheidend für ihre außergewöhnliche Widerstandsfähigkeit gegenüber extremen Bedingungen wie ionisierender Strahlung, UV-Strahlung sowie lang anhaltender Trockenheit. Diese Entdeckung erweitert unser Verständnis der Überlebensmechanismen dieses einzigartigen Bakteriums.
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Die Umstrukturierung des Nukleoids ist eine häufige Strategie bei Bakterien, um ihre DNA vor äußeren Stressfaktoren zu schützen. Dieser Prozess wird hauptsächlich durch NAPs (Nucleoid Associated Proteins) gesteuert, die mit der DNA interagieren, um das Genom zu verdichten. Diese Verdichtung trägt dazu bei, die Integrität des genetischen Materials unter ungünstigen Bedingungen zu bewahren.
In früheren Studien zeigte das Forscherteam, dass das Nukleoid von D. radiodurans zwar kompakt, aber dennoch dynamisch ist, um sich an die Zellmorphologie während des Zellzyklus anzupassen.
Diese neue Studie untersucht die Auswirkungen von zwei Stressfaktoren auf die Morphologie und den Verdichtungszustand des Nukleoids: die Exposition gegenüber UV-C-Strahlen, die das Genom beschädigen, und einen Nährstoffmangel, der eine stationäre Phase mit begrenztem Wachstum verursacht. Darüber hinaus analysiert die Studie, wie diese Stressfaktoren die Mobilität des HU-Proteins, des wichtigsten NAPs im Nukleoid, beeinflussen, um zu bewerten, wie es mit der DNA interagiert.
Die Untersuchung zeigt, dass Nährstoffmangel und UV-C-Strahlung eine schnelle Verdichtung des Nukleoids auslösen, jedoch über unterschiedliche Mechanismen. Die Mobilität von HU nimmt als Reaktion auf Nährstoffmangel ab, während sie unter UV-C-Belastung zunimmt. Nach einer schnellen Kondensationsphase durch UV-C-Strahlung entpackt sich das Nukleoid langsam, wodurch HU seine normale Mobilität wiedererlangt und das Nukleoid zu seiner ursprünglichen Struktur zurückkehrt – bereit für das Wiederaufleben des Zellwachstums.
Mikroskopaufnahme. Rechts, eingebettete Markierungen des Nukleoids in GrĂĽn und der Membran in Rot:
(1) Normale Nukleoide.
(2) Kompakte Nukleoide infolge von Nährstoffmangel.
(3) Kompakte Nukleoide nach Bestrahlung mit UV-C.
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Diese Forschung ermöglichte es erstmals, den Prozess der Nukleoid-Umstrukturierung bei D. radiodurans in Echtzeit mithilfe fortschrittlicher Fluoreszenzmikroskopie-Techniken zu beobachten. Diese direkte Beobachtung erweitert unser Verständnis der Widerstandsmechanismen dieses außergewöhnlichen Bakteriums.
Referenzen:
Vauclare P, Wulffelé J, Lacroix F, Servant P, Confalonieri F, Kleman JP, Bourgeois D und Timmins J.
Stress-induziertes Nukleoid-Remodeling in Deinococcus radiodurans ist mit bedeutenden Veränderungen in der Dynamik des HU-Proteins (Heat Unstable Protein) verbunden.
Nucleic Acids Res 2024.