Morphologie, Wachstum und Größenlimit von Bakterienzellen

Bakterienzellen nutzen ein lebendes Peptidoglykannetzwerk (PG), um das Zellinnere von der Umgebung zu trennen. Die Form der Zelle wird durch die PG-Synthese und zytoskelettale Proteine gesteuert, die Bündel und Filamente unter der Zellwand bilden. Die PG-Schicht widersteht auch dem Turgordruck und schützt die Zelle vor osmotischem Schock. Wir argumentieren, dass mechanische Einflüsse das chemische Gleichgewicht der reversiblen PG-Assemblierung verändern und die Zellform und Zellgröße bestimmen. Mit einem mechanochemischen Ansatz zeigen wir, dass die Zellform als stationärer Zustand eines wachsenden Netzwerks unter dem Einfluss von Turgordruck und mechanischem Stress betrachtet werden kann. Mithilfe einfacher elastischer Modelle sagen wir die Größe gängiger kugelförmiger und stäbchenförmiger Bakterien voraus. Der Einfluss zytoskelettaler Bündel wie Crescentin und MreB wird im Kontext unseres Modells diskutiert.