A cell in motion
Eiwitdiffusie en dynamische organisatie van bacteriële cellen
Bacteriële cellen hebben een sterk georganiseerde interne structuur die cruciaal is voor hun overleving en aanpassingsvermogen. In Escherichia coli, een Gram-negatieve bacterie, ontstaat ruimtelijke organisatie zowel door fysieke compartimentering—cytoplasma, periplasma, binnen- en buitenmembraan—als door dynamische processen zoals vloeistof-vloeistof fasedoorgang (LLPS) en herverdeling van eiwitten.
Met dit proefschrift onderzocht Dmitrii Linnik de lokalisatie en mobiliteit van diverse eiwitten in E. coli met submicrometerresolutie, gebruikmakend van geavanceerde microscopie en functionele testen.Single-Molecule displacement Mapping (SMdM) werd voor het eerst toegepast in bacteriën om cytoplasmatische eiwitdiffusie te meten. Dit onthulde locatie-afhankelijke mobiliteit en verminderde diffusie aan de celpolen.
Verdere analyse koppelde deze asymmetrie aan eiwitaggregaten, met name aan de oude pool, en niet aan ribosoomlokalisatie, waarmee de rol van cellulaire veroudering werd benadrukt.In het periplasma vertoonde eiwitdiffusie zowel snelle als trage componenten; een osmotische stijging verhoogde het aandeel van de snelle fractie, wat wijst op minder crowding. Simulaties suggereerden dat grote periplasmatische structuren de mobiliteit beperken, bovenop louter confinementeffecten.
Daarnaast werd LLPS in membranen onderzocht door condensaatvorming van het integrale membraaneiwit LacY te induceren via PopTag-fusie. Experimentele en simulatiegegevens toonden 2D-membraancondensaten, waarbij membraankromming polaire lokalisatie beïnvloedde. Functionele testen bevestigden dat LacY in condensaten actief bleef, wat mogelijkheden biedt voor metabole engineering.
Tot slot werd SMdM aangepast voor gigantische unilamellaire vesikels (GUV’s) om eiwitdiffusie in gecontroleerde, celachtige omgevingen te bestuderen. Deze resultaten bieden nieuwe inzichten in de ruimtelijk-temporele organisatie van bacteriën en hun toepassingen in fysiologie, veroudering en synthetische biologie.