Der Aufbau der bakteriellen Hülle stellt ein grundlegendes Thema der Zellbiologie dar: Sie verleiht den Bakterien ihre Integrität und ist als solche das Ziel zahlreicher Antibiotika. Bei den meisten stäbchenförmigen Bakterien beruht diese Hülle auf dem Peptidoglykan, einem dreidimensionalen polymeren Netzwerk, dessen Zusammensetzung und Biosyntheseweg heute gut etabliert sind, dessen räumliche Organisation und Aufbaumechanismus jedoch nach wie vor kaum verstanden werden. Das Protein MreB, das bakterielle Homolog des Aktins, gilt als wesentlicher Akteur der Maschinerie, die die Elongation und die Aufrechterhaltung dieser Zellform steuert. MreB ist für sein hochdynamisches Verhalten bekannt – es bewegt sich entlang der kurzen Achse der Zelle und folgt dabei vermutlich dem Fortschreiten der Maschinerien der Zellwandsynthese –, ist jedoch seit zwei Jahrzehnten Gegenstand von Kontroversen hinsichtlich der Struktur, der Länge und der Bildungsbedingungen der von ihm gebildeten Polymere. Die Beschreibungen reichen von langen helikalen Filamenten, die sich durch die gesamte Zelle ziehen, bis hin zu kleinen, diskreten Einheiten, und diese Unsicherheit wirkt sich unmittelbar auf die Modelle aus, die die Koordination der Zellwandmaschinerien beschreiben.
Um diese Debatte zu klären, analysierten die Autoren verschiedene Stämme von Bacillus subtilis, dem Modellorganismus der grampositiven Bakterien, unter Einsatz fortgeschrittener Mikroskopietechniken: der Totalreflexionsfluoreszenzmikroskopie (TIRF) und ihrer Variante mit strukturierter Beleuchtung (TIRF-SIM), deren experimentelle Auflösung auf etwa 114 nm geschätzt wurde. Die Verfolgung einzelner Partikel, die zweidimensionale Gaußsche Anpassung zur Messung der Filamentdimensionen und die Kymographanalyse für die ausgedehntesten Strukturen ermöglichten eine präzise Charakterisierung der Größe und Dynamik der MreB-Assemblate. Die Wahl zwischen diesen Messmethoden wurde einer strengen Validierung, insbesondere durch Simulation, unterzogen, um die für jeden Ansatz spezifischen methodenspezifischen Fehler zu vermeiden.
Die Ergebnisse zeigen, dass MreB während des aktiven Wachstums im Durchschnitt Nanofilamente von weniger als 200 nm bildet, unterhalb der Auflösungsgrenze des Lichts. Die zuvor berichteten Filamente von mikrometrischer Größe erweisen sich als Folge einer artifiziellen Überakkumulation des Proteins. Zudem beeinflusst die Größe der Filamente weder ihre Geschwindigkeit noch ihre Orientierung noch ihre sonstigen dynamischen Eigenschaften, was B. subtilis eine hohe Toleranz gegenüber dem MreB-Gehalt und somit gegenüber der Länge seiner Polymere verleiht. Die Autoren beobachten überdies, dass die Dichte beweglicher Filamente unabhängig vom MreB-Gehalt der Stämme konstant bleibt, was darauf hindeutet, dass ein anderer Faktor diesen konstanten Wert bestimmt. Diese Daten offenbaren die Größe der nativen MreB-Filamente während des Wachstums und widersprechen den Modellen, in denen die Länge der Filamente die Geschwindigkeit der Zellwandsynthese unmittelbar beeinflussen würde oder in denen MreB entfernte Maschinerien entlang der Seitenwand koordinieren würde.