Молекулярные механизмы действия белков FtsZ, виллина и системы рестрикции-модификации Esp13961, исследованные флуоресцентными методами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.02, кандидат наук Сабанцев, Антон Владимирович

• Сабанцев, Антон Владимирович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Сабанцев, Антон Владимирович

Оглавление

1. Введение

2. Обзор литературы

2.1. Стохастичность экспрессии генов и системы рестрикции-модификации

2.2. Локализационная микроскопия

2.3. Методы преодоления дрейфа образца для JIM

2.4. FtsZ - один из ключевых белков цитокинеза бактерий

2.5. Механизм переключения активности актин-связывающего белка виллина

3. Материалы и методы

3.1. Исследование стохастичности экспрессии МТ и ЭР СРМ Espl396I

3.2. Стабилизация положения объекта для локализационной микроскопии

3.3. Локализационная микроскопия FtsZ в клетках Е. coli

3.4. Исследование взаимодействия домена 6 виллина с кальцием

4. Результаты и обсуждение

4.1. Распределения клеток Е. coli по концентрации ЭР и МТ СРМ Espl396I

4.2. Анализ внутриклеточного распределения МТ и ЭР

4.3. Разработка протокола наблюдения «пробоя» СРМ на уровне одиночных клеток

4.4. Разработка системы стабилизации положения объекта для ЛМ

4.5. Структуры, формируемые белком FtsZ в клетках Е. coli

4.6. Связывание домена 6 виллина с кальцием

5. Выводы

6. Список сокращений

7. Список публикаций по теме диссертации

8. Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Молекулярные механизмы действия белков FtsZ, виллина и системы рестрикции-модификации Esp13961, исследованные флуоресцентными методами»

1. Введение

Актуальность проблемы. Стохастичность процесса экспрессии генов, а также случайные флуктуации концентраций различных веществ в клетке, приводят к тому, что даже в генетически однородной популяции микроорганизмов наблюдаются существенные фенотипические различия, обусловленные различиями в количествах различных белков в отдельных клетках [33]. Важность этого факта была в полной мере осознана лишь недавно, когда было показано, что стохастичность экспрессии генов играет существенную роль в эволюции микроорганизмов, преодолении стрессов, выборе литического или лизогенного пути развития бактериофагом и других процессах [49 , 97].

Важную роль в биологии бактерий играют системы рестрикции-модификации (СРМ), которые представляют собой набор ферментов, обычно кодируемых мобильным генетическим элементом, обеспечивающих защиту клетки от чужеродной ДНК, в том числе бактериофагов [127]. Действие СРМ основано на активности двух ферментов: метилтрансферазы (МТ) и эндонуклеазы рестрикции (ЭР). Ферментативная активность ЭР заключается во внесении двунитевого разрыва по определенному сайту в ДНК. МТ в свою очередь осуществляет метилирование оснований ДНК по этому же сайту, тем самым предотвращая разрезание ДНК по этому сайту ЭР. Несмотря на высокую эффективность, СРМ не обеспечивает абсолютной защиты от бактериофага и небольшая доля бактериофагов метилируется и дает начало устойчивому к СРМ потомству. В работе [34] проведен подробный теоретический анализ возможных механизмов преодоления бактериофагом СРМ, который показал, что преодооение СРМ бактериофагом может быть связано со стохастичностью процесса рестрикции/метилирования ДНК бактериофага и со стохастическими вариациями концентраций ЭР и МТ от клетки к клетке. Для проверки этих гипотез было решено проанализировать стохастичность экспрессии геном ЭР и

МТ СРМ II типа Езр 13961 [21] и разработать протокол эксперимента, который позволил бы исследовать корреляцию между концентрациями ЭР и МТ в клетке и вероятностью успешного заражения её бактериофагом X.

Флуоресцентная микроскопия является одним из важных методов исследования биологических объектов. Привлекательность этого метода обусловлена в первую очередь чрезвычайно широкими возможностями селективного контрастирования различных структур в клетках и тканях. Кроме того, к важным преимуществам флуоресцентной микроскопии надо отнести возможность визуализации структур в живых клетках и многоклеточных организмах.

Несмотря на широкие возможности, флуоресцентная микрсокопия обладает одним существенным недостатком: её пространственное разрешение ограничено дифракционным пределом (для видимого света его величина составляет порядка 200 нм в фокальной плоскости и 500 нм вдоль аксиального направления [60]). В связи с ограниченным разрешением флуоресцентная микрсокопия долгое время считалась непригодной для исследования биологических структур с характерными размерами порядка сотен нанометров и меньше. В конце 20-го - начале 21-го века была постепенно осознана возможность обхода диффракционного ограничения разрешения флуоресцентной микроскопии и был создан целый ряд методов субдифракционной микроскопии, среди которых наиболее важными являются ближнепольная флуоресцентная микроскопия [50], микроскопия структурированного освещения [48], БТЕБ-микроскопия [54] и локализационная микроскопия [10 , 56 , 98]. Эти методы позволяют улучшить разрешение флуоресцентной микроскопии от двух до десяти и более раз во всех трех измерениях.

Метод локализационной микроскопии основывается на раздельной регистрации флуоресценции одиночных молекул и определении их положения

по флуоресцентным изображениям с точностью до нескольких десятков нанометров. Различные методы локализационной микроскопии (JIM) в первую очередь отличаются способом разделения флуоресценции молекул, которое чаще всего достигается за счет контроллируемой активации/переключения фотоактивируемых или фотопереключаемых красителей, как белковой [108], так и небелковой природы [31], а также за счет обратимого перехода молекул красителя в долгоживущее нефлуоресцентное состояние под действием возбуждающего излучения [9]. Для определения аксиального положения молекул используются интерференционные методы детекции [109], либо модификации оптической схемы, связывающие форму изображения молекулы с её аксиальным положением [61 ,93].

Для получение одного ЛМ-изображения требуется от нескольких сотен до десятков тысяч кадров образца, содержащих изображения одиночных молекул, получение которых занимает от секунд до часов. Улучшенное разрешение локализационной микроскопии в сочетании с длительным временем сбора данных предъявляет особенно высокие требования к стабильности положения образца, в связи с чем осуществление JIM требует специальных методов борьбы с дрейфом образца. Существуют два основных подхода к решению этой проблемы: коррекция дрейфа на этапе обработки изображений и активная стабилизация положения образца в ходе эксперимента. Из этих двух подходов второй представляется более надежным, особенно в случае трехмерной локализационной микроскопии, так как за время наблюдения при отсутствии компенсации дрейф может привести к выходу образца за пределы области регистрации, что наиболее вероятно для аксиальной оси.

Одной из наиболее перспективных областей применения субдифаркционной микроскопии в целом и локализационной микроскопии в частности представляется микробиология, так как типичные размеры прокариотических клеток лишь в разы превышают дифракционный предел, в

связи с чем возможности исследования их организации методом традиционной флуоресцентной микроскопии очень ограничены [28].

Белок FtsZ, бактериальный гомолог тубулина, играет одну из ключевых ролей в цитокинезе [75]. Этот белок обладает ГТФазной активностью и спопобен формировать различные полимерные структуры как in vitro, так и in vivo [46]. FtsZ формирует сократительное кольцо между делящимися клетками (Z-кольцо), а также динамические спиральные структуры, локализованные на цитоплазматической стороне внутренней мембраны бактерии, также есть предположение, что FtsZ выполняет в цитокинезе активную роль, являясь источником силы, вызывающей сокращение септы [36]. Несмотря на активные исследования, механизмы контроля полимеризации и положения филаментов FtsZ в клетке, обеспечивающие правильное формирование Z-кольца, до сих пор не до конца ясны [82]. Также FtsZ является мишенью для регуляции клеточного деления в SOS-ответе [24]. Методами субдифракционной микроскопии было показано, что FtsZ формирует различные спиральные структуры, а также кольцо в середине делящейся клетки (SIM [113], STED [62], PALM [12,18,19, 42 , 58]). Помимо роли в клеточном делении, некоторые авторы предполагают, что FtsZ также участвует в поддержании формы клетки [116]. В связи с этим особый интерес представляют данные о структурах, формируемых этим белком в клетках микоплазм, так как представители класса Mollicutes лишены клеточной стенки.

Правильное функционирование белков цитоскелета обеспечивается действием большого количества регуляторных белков.Так, в регулировании функций актиновых филаментов принимают участие белки суперсемейства гельзолина, куда ходят, помимо прочих, виллин [16], северин [4], гельзолин [16], супервиллин [94] и архвиллин [43]. Виллин участвует в поддержании микроворсинок в клетках эпителия кишечника и почек [65], и способен, подобно гельзолину переключать свою активность в зависимости от

концентрации ионов кальция, а именно, в ответ на повышение концентрации ионов кальция переходить от сборки филаментов актина в пучки («bundling») в режим разрыва филаментов актина («severing») [79 , 124]. Виллин требует для переключения на порядок более высоких концентраций кальция (100-200 мкМ по сравнению с 10 мкМ для гельзолина). Механизм активации кальцием гельзолина изучен достаточно хорошо [79]. При низких концентрациях кальция домен G6 гельзолина формирует контакт с доменом G2, содержащим сайт связывания актина, что предотвращает связывание белка с F-актином. При связывании кальция с доменом G6 в последнем происходит конформационная перестройка, приводящая к потере контакта с доменом G2 и открытием сайта связывания F-актина. Белок при этом переходит из неактивной закрытой в активную раскрытую конформацию [79 , 138]. Одним из ключевых при изучении виллина является вопрос о том, имеет ли этот белок сходный с гельзолином механизм активации открытой конформации кальцием.

Цели и задачи исследования. Таким образом, целью настоящей работы являлось исследование механизмов функционирования белков FtsZ, виллина, МТ и ЭР СРМ Espl396I флуоресцентными методами. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• Изучение стохастичности экспрессии генов ЭР и МТ СРМ Esp 13961

• Анализ внутриклеточных распределений ЭР и МТ Esp 13 961

• Разработка протокола наблюдения преодоления бактериофагом системы рестрикции-модификации Esp 13961 в клетках Е. coli при заражении их бактериофагом X на уровне одиночных клеток

• Создание и тестирование системы стабилизации положения объекта для осуществления локализационной микроскопии

• Получение субдифракционных изображений структур FtsZ в Е. coli норме и в ходе SOS-ответа

• Изучение кальций-связывающих свойств домена V6 виллина при помощи спектроскопии собственной флуоресценции белка

В ходе решения поставленных задач получены следующие результаты, которые выносятся на защиту:

• Данные о стохастичности экспрессии рестриктазы и метилазы системы рестрикции-модификации Espl396I свидетельствуют о том, что случайные вариации концентраций этих ферментов в клетке могут оказывать существенное влияние на процесс преодоления бактериофагом системы рестрикции-модификации.

• Данные флуоресцентной микроскопии свидетельствуют о том, что метилаза, в отличие от рестриктазы Espl396I, находится в клетках Е. coli в комплексе с ДНК.

• Метод локализационной микроскопии в сочетании с иммунофлуоресцентным окрашиванием позволяет обнаружить особенности структур, формируемых белком FtsZ в клетках Е. coli, недоступные для дифракционно-ограниченной флуоресцентной микроскопии, и существенно дополнить данные, получаемые с использованием флуоресцентных химерных белков.

• При SOS-ответе в клетках Е. coli продолжают действовать механизмы, обеспечивающие преимущественную локализацию FtsZ у мембраны и в областях клетки, свободных от ДНК.

• Данные о связывании домена 6 виллина с ионами кальция, полученные при помощи метода спектроскопии собственной флуоресценции белка, свидетельствуют в пользу того, что виллин

9

имеет сходный с гельзолином механизм переключения активности в ответ на изменение концентрации ионов кальция.

Научная новизна и практическая ценность работы. Результаты, изложенные в данной работе, получены впервые и носят фундаментальный характер, расширяя знания о молекулярных механизмах функционирования белков FtsZ, виллина, ЭР и МТ СРМ Espl396I, способствуя тем самым более полному пониманию фундаментальных основ клеточного деления и его регуляции в стрессовых ситуациях, формирования и регуляции клеточных структур на основе актина, а также механизмов работы систем рестрикции-модификации и, в частности, влияния случайных процессов на их эффектинвность. Практическая ценность данной работы основывается на том, что механизм SOS-ответа способствует выживаемости и приобретению патогенными микроорганизмами устойчивости в ходе антибактериальной терапии. Расширение знаний о механизмах SOS-ответа будут способствовать созданию новых классов препаратов, блокирующих SOS-ответ, которые могли бы использоваться совместно с антибиотиками для увеличения эффективности терапии и предотвращения формирования устойчивости микроорганизмов к антибиотикам.

Способность виллина переключаться между режимами сборки в пучки («bundling») и фрагментации филаментов актина («severing») используется возбудителем дизентерии (шигеллёза), грамотрицательной бактерией Shigella flexneri для проникновения в клетки эпителия кишечника. Шигеллёзом ежегодно заболевают более 100 миллионов людей, из которых около одного миллиона погибают от этого заболевания [63]. Новые данные о механизмах переключения виллина будут способствовать усовершенствованию методов терапии шигеллёза. Более полное знание механизмов «пробоя» СРМ бактериофагом будет полезно для создания защищенных от бактериофагов и другой чужеродной ДНК биотехнологических штаммов микроорганизмов.

Публикации и апробация работы. Материалы работы докладывались на ряде международных и всероссийских конференций [99 , 100 , 104 , 105 , 122 , 134 , 135]. По результатам исследований опубликованы 3 статьи в рецензируемых научных журналах [39 , 136 , 137].

Структура и объем работы. Работа изложена на 110 страницах машинописного текста и включает: введение, обзор литературы, описание методов исследования, изложение и обсуждение результатов исследования, выводы и список цитируемой литературы (136 источников). Работа содержит 1 таблицу и 51 иллюстрацию.

2. Обзор литературы

2.1. Стохастичность экспрессии генов и системы рестрикции-модификации.

Стохастичность экспрессии генов. Долгое время изучение экспрессии генов осуществлялось на уровне крупных генетически однородных популяций клеток, что позволяло получить информацию только о средних уровнях экспрессии. С развитием проточной цитометрии и флуоресцентной микроскопии, а также с открытием флуоресцентных белков, стало возможным определять уровень экспрессии генов в одиночных клетках [33]. Было обнаружено, что уровни экспрессии многих генов существенно варьируются от клетки к клетке даже в генетически однородной популяции, и эти вариации играют важную роль в адаптации клеток к меняющимся условиям внешней среды [110] и эволюции популяций бактерий [32].

Процесс экспрессии генов имеет существенно стохастический характер, так как в подавляющем большинстве случаев ген белка представлен в клетке всего одной или несколькими копиями. Процессы транскрипции и трансляции подвержены влиянию множества случайных факторов, как связанных непосредственно со стохастичностью обеспечивающих их биохимических реакций («внутренние» флуктуации), так и со случайными вариациями в уровнях различных клеточных метаболитов («внешние» флуктуации). Эти два типа источников «генетического шума» различаются тем, что второй приводит к коррелированным флуктуациям уровней экспрессии различных генов, в то время, как первый вызывает некоррелированные флуктуации [97].

Одной из первых работ, в которой была продемонстрирована стохастичность экспрессии генов, была опубликована в 1957 году [88]. В этой работе исследовалась индукция экспресии фермента ß-галактозидазы в Е. coli в ответ на наличие в среде негидролизуемого аналога галактозы (тиометил-ß-D-

галактозида, сокр. TMG). Помимо индукции ß-галактозидазы, внутриклеточный TMG также вызывает экспрессию активного транспортера галактозид пермеазы, который обеспечивает при полной активации уровень TMG в клетке до 100 раз выше, чем во внеклеточной среде. Таким образом осуществляется положительная обратная связь между внутриклеточной концентрацией TMG и экспрессией галактозид пермеазы, за счет чего в определенных диапазонах концентраций активная экспрессия ß-галактозидазы сохраняется даже после снижения концентрации TMG в среде до уровней (называемых поддерживающими), не вызывающих заметной активации экспрессии ß-галактозидазы. Именно этот эффект сделал возможным анализ стохастичности экспресси ß-галактозидазы: растили клетки Е. coli в присутствии различных концентраций TMG, обеспечивающих частичную индукцию экспрессии ß-галактозидазы, после чего рассеивали бактерии по пробиркам, содержащим TMG в поддерживающей концентрации, таким образом, что в среднем на 10 пробирок приходилась лишь 1 бактерия. Как и ожидалось, примерно в 10% пробирок наблюдался рост бактерий, и в большей части этих пробирок содержалось, таким образом потомство одной единственной клетки.

Когда выросшие в пробирках клоны были проанализированы на наличие ß-галактозидазной активности, оказалось, что при различных концентрациях TMG среди клонов присутствуют как активно экспрессирующие ß-галактозидазу, так и клетки с концентрацией этого фермента на 2 порядка ниже. Причем увеличение концентрации TMG приводит к росту доли активных клеток, но не к увеличению экспрессии в них ß-галактозидазы.

Успех этого исследования был во многом обусловлен наличием бистабильности в системе ß-галактозидазы, что обеспечило наличие условий (концентрации TMG), при которых одиночная бактерия может быть размножена с сохранением состояния экспрессии. Активное развитие этого направления исследований началось только после того, как появились

эффективные и более универсальные методы определения уровней экспрессии на уровне одиночных клеток (проточной цитометрии и флуоресцентной микроскопии) [97].

В одной из основополагающих работ по стохастичности экспрессии генов [33] для разделения «внешних» и «внутренних» источников «шума» в геном Е. coli были введены гены флуоресцентных белков CFP и YFP под контролем одинаковых промоторов. Это позволило напрямую проследить коррелированные и некоррелированные флуктуации уровней экспрессии этих генов. Оказалось, что в зависимости от промотора и регуляторной системы как абсолютные значения, так и отношение стохастических флуктуаций уровней экспрессии генов, обусловленных «внутренними» и «внешними» источниками, варьируется в широких пределах. Наличие обратной связи в регуляторной цепи гена приводит к существенному снижению флуктуаций уровня его экспрессии [97].

В клетках бактерий трансляция, как и транскрипция, имеет прерывистый характер: периоды активной трансляции или транскрипции («burst») сменяются периодами относительно низкой активности [97 , 101]. Прерывистый характер этих процессов приводит к отклонению распределения клеток в генетически однородной популяции по уровню экспрессии гена от статистики Пуасона [101]. Отношение между дисперсией и средним распределения клеток по концентрации белка позволяет оценить среднее количество молекул белка, производимых за период активной трансляции [101].

Возможность анализа экспрессии генов на уровне одиночных молекул в клетках Е. coli была продемонстрирована в ряде работ [26 , 131], а в работе [115] предложена модификация этих методов на случай более высоких уровней экспресии генов. В этой работе детекция одиночных молекул флуоресцентных белков используется для калибровки интенсивности флуоресценции одиночной

молекулы, которая затем позволяет пересчитать интенсивность флуоресценции бактерии в количество молекул флуоресцентного белка в ней.

Система рестрикции-модификации Е8р13961. Важную роль в биологии бактерий играют системы рестрикции-модификации (СРМ), которые представляют собой набор ферментов, обычно кодируемых мобильным генетическим элементом, обеспечивающих защиту клетки от чужеродной ДНК, в том числе бактериофагов [127]. Действие СРМ второго типа основано на активности двух ферментов: метилтрансферазы (МТ) и эндонуклеазы рестрикции (ЭР). Ферментативная активность ЭР заключается во внесении двунитевого разрыва по определенному сайту в ДНК. МТ в свою очередь осуществляет метилирование оснований ДНК по этому же сайту. СРМ могут рассматриваться как разновидность системы токсин-антитоксин [84]. Действительно, эндонуклеаза рестрикции (токсин) более стабильна в клетке, чем метилтрансферраза (антитоксин), в связи с чем в случае потери плазмиды, кодирующей СРМ, потомство клетки гибнет от активности ЭР после деградации МТ. Сайты узнавания СРМ являются палиндромами и могут быть метилированы по двум основаниям на разных цепях ДНК. Метилирование хотя бы одного из этих оснований предотвращает узнавание этого сайта ЭР. При попадании СРМ в клетку ЭР синтезируется с задержкой относительно МТ, что дает последней достаточно времени, чтобы защитить клеточную ДНК от деградации [83]. Подробнее регуляция экспрессии генов СРМ описана в работе [86]. Таким образом, ДНК клетки, несущей СРМ, метилирована и тем самым защищена от воздействия ЭР, в то время как чужеродная неметилированная ДНК при попадании в клетку с большой вероятностью разрушается ферментом ЭР [127].

СРМ были впервые обнаружены в 1950-х годах в экспериментах по заражению бактерий бактериофагами [74]. Оказалось, что некоторые штаммы бактерий, названные рестрицирующими, заражаются бактериофагами,

выращенными на других, нерестрицирующих штаммах, с очень низкой (порядка 10" ) вероятностью. Однако те бактериофаги, которые преодолели защиту и выросли на клетках рестрицирующего штамма, заражали их уже с вероятностью, близкой к 1. При этом способность бактериофагов с высокой эффективностью заражать клетки рестрицирующих штаммов терялась после размножения их на нерестрицирующих клетках [127]. Изучение этого эффекта показало впоследствии, что устойчивость бактериофагов к СРМ в этих опытах была связана с метилированием их ДНК и требовала для своего поддержания наличия в бактериях МТ [5].

Несмотря на высокую эффективность, СРМ не обеспечивает абсолютной защиты от бактериофага и небольшая доля бактериофагов метилируется и дает начало устойчивому к СРМ потомству. Есть основания полагать, что стохастичность экспресиии генов СРМ может играть важную роль в «пробое» бактериофагом защиты бактерий.

В работе [35] проведено подробное математическое моделирование влияния стохастичности процессов рестрикции/метилирования ДНК бактериофага, инфекции и экспрессии генов МТ и ЭР. Дальнейший анализ влияния этих факторов требует экспериментальных данных, в частности, о стохастичности экспрессии генов СРМ.

<

Белок С1

- Г* 1

тт.

ЭР

мт

«1 ±

ш-

ЕярШбК1 Еяр139бт Е8Р13961М

Рис. 2.1.1. Схема регуляции экспрессии генов СРМ Е8Р13961. Иллюстрация создана при помощи программы ТткегСеП [22].

В качестве объекта для изучения влияния стохастичности экспресси генов на пробой СРМ была выбрана система рестрикции-модификации Бэр 13961, ферменты которой узнают палиндромные последовательности 5' -ССА(Ы)5ТСС - 3'. Система состоит из трех генов, кодирующих метилтрансферазу (МТ), эндонуклеазу рестрикции (ЭР) и регуляторный С белок [21]. В качестве модельного бактериофага был выбран бактериофаг X. В геноме бактериофага X содержится 14 сайтов узнавания для СРМ Езр13961.

Регуляция экспрессии генов СРМ Езр 13961 изучалась в работе [14]. Было показано, что транскрипция генов ЭР и МТ контролируется С-белком. В отсутствии С-белка, что соответствует ситуации попадания плазмиды, кодирующей СРМ, в клетку, ген МТ активно экспрессируется, в то время, как общий промотор генов ЭР и С-белка малоактивен. При этом, так как ЭР функционирует в виде димера, базальная экспрессия генов ЭР и С-белка не токсична для клетки [21]. С-белок также связывается с регуляторными последовательностями в виде димера. В СРМ ЕБр 13961 есть три сайта

связывания С-белка: наиболее сильный сайт расположен вблизи промотора гена МТ, более слабый - на некотором расстоянии от промотора генов С-белка и ЭР, а самый слабый - вблизи этого промотора. В ходе постепенного накопления С-белка в клетке его димеры связываются в первую очередь с регуляторной последовательностью вблизи промотора гена МТ и репрессирую его экспрессию. В ходе дальнейшего роста концентрации С-белка он связывается с сайтом, расположенным на некотором расстоянии от промотора генов ЭР и С-белка и активирует их экспрессию, однако вскоре кооперативное связывание со вторым сайтом, расположенным рядом с этим промотором, ингибирует экспрессию генов ЭР и С-белка. Таким образом устанавливаются равновесные концентрации белков СРМ в клетке. Схема регуляции экспрессии генов СРМ Езр13961 приведена на рис. 2.1.1. К сожалению, данных о СРМ Езр13961 недостаточно для того, чтобы создать достоверную математическую модель экспрессии генов СРМ. В частности, отсутствуют данные о скоростях деградации белков С, ЭР и МТ.

2.2. Локализационная микроскопия

Флуоресцентная микрсокопия и дифракционный предел разрешения.

Флуоресцентная микроскопия - один из важнейших методов исследования пространственной организации биологических объетов [2]. Однако волновая природа света ограничивает разрешение этого метода величиной порядка А,/(2-КА), где X - длина волны флуоресценции, а КА - численная апертура объектива [128]. Точное значение этой величины определяется выбором критерия для разрешения точек. Традиционный эмпирический критерий Релея, определяющий предел разрешения, как расстояние между двумя точечными объектами, при котором минимум интенсивности в изображении между ними составляет 0,8 от максимума, дает коэффициент 1,22 [128].

А Б В

Рис. 2.1.2. Изображения точечных объектов в двумерном представлении (верхний ряд) и в виде поверхностных графиков (нижний ряд). А - аппаратная функция, Б - изображения двух объектов разрешены, В - изображения не разрешены. Красные точки обозначают положения точечных объектов.

Понятие передаточной или аппаратной функции (АФ) позволяет наглядно представить разрешение микроскопа. АФ представляет собой изображение точечного объета (8-функция в плоскости образца), которое, вследствие дифракции света, уже не является точкой, а имеет конечную ширину порядка А,/(2^А) (рис. 2.1.2 А). Решение задачи о дифракции на света от точечного источника на круглой апертуре позволяет определить аппаратную функцию микроскопа во флуоресцентном режиме. Получаемая при этом функция получила название диска Эйри:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сабанцев, Антон Владимирович, 2014 год

8. Список литературы

1. Addinall S. G., Lutkenhaus J. FtsZ-spirals and -arcs determine the shape of the invaginating septa in some mutants of Escherichia coli // Mol Microbiol. ~ 1996. — Oct. — T. 22, № 2. — C. 2317.

2. Molecular biology of the cell. / Alberts В., Wilson J. H., Hunt T. — 5th изд. - New York: Garland Science, 2008. — xxxiii, 1601, 90 p. c.

3. Alcor D., Gouzer G., Triller A. Single-particle tracking methods for the study of membrane receptors dynamics // Eur J Neurosci. — 2009. ~ Sep. — T. 30, № 6. — C. 987-97.

4. Andre E., Lottspeich F., Schleicher M., Noegel A. Severin, gelsolin, and villin share a homologous sequence in regions presumed to contain F-actin severing domains // J Biol Chem. — 1988. -- Jan 15. -- T. 263, № 2. -- C. 722-7.

5. Arber W., Dussoix D. Host specificity of DNA produced by Escherichia coli. I. Host controlled modification of bacteriophage lambda // J Mol Biol. — 1962. — Jul. ~ T. 5. -- C. 18-36.

6. Baddeley D., Jayasinghe I. D., Cremer C., Cannell M. В., Soeller C. Light-Induced Dark States of Organic Fluochromes Enable 30 nm Resolution Imaging in Standard Media // Biophysical journal. - 2009. - T. 96, № 2. - C. L22-L24.

7. Bates M., Blosser T. R., Zhuang X. Short-range spectroscopic ruler based on a single-molecule optical switch // Phys Rev Lett. - 2005. ~ Mar 18. - T. 94, № 10. ~ C. 108101.

8. Belov V. N., Wurm C. A., Boyarskiy V. P., Jakobs S., Hell S. W. Rhodamines NN: a novel class of caged fluorescent dyes // Angew Chem Int Ed Engl. -- 2010. — May 3. — T. 49, № 20. — C. 3520-3.

9. Benke A., Manley S. Live-cell dSTORM of cellular DNA based on direct DNA labeling // Chembiochem. -- 2012. -- Jan 23. -- T. 13, № 2. -- C. 298-301.

10. Betzig E., Patterson G. H., Sougrat R., Lindwasser O. W., Olenych S., Bonifacino J. S., Davidson M. W., Lippincott-Schwartz J., Hess H. F. Imaging intracellular fluorescent proteins at nanometer resolution // Science. - 2006. ~ Sep 15. - T. 313, № 5793. - C. 1642-5.

11. Bi E. F., Lutkenhaus J. FtsZ ring structure associated with division in Escherichia coli // Nature. -- 1991.--Nov 14. --T. 354, № 6349. -- C. 161-4.

12. Biteen J. S., Goley E. D., Shapiro L., Moerner W. E. Three-dimensional super-resolution imaging of the midplane protein FtsZ in live Caulobacter crescentus cells using astigmatism // Chemphyschem. -- 2012. -- Mar. - T. 13, № 4. -- C. 1007-12.

13. Biteen J. S., Shapiro L., Moerner W. E. Exploring protein superstructures and dynamics in live bacterial cells using single-molecule and superresolution imaging // Methods Mol Biol. ~ 2011. -- T. 783.-- C. 139-58.

14. Bogdanova E., Zakharova M., Streeter S., Taylor J., Heyduk T., Kneale G., Severinov K. Transcription regulation of restriction-modification system Espl396I //Nucleic Acids Res. — 2009. -- Jun. -- T. 37, № 10. - C. 3354-66.

15. Bowman G. R., Comolli L. R., Zhu J., Eckart M., Koenig M., Downing K. H., Moerner W. E., Earnest T., Shapiro L. A polymeric protein anchors the chromosomal origin/ParB complex at a bacterial cell pole // Cell. -- 2008. -- Sep 19. -- T. 134, № 6. -- C. 945-55.

16. Bretscher A., Weber K. Villin is a major protein of the microvillus cystoskeleton which binds both G and F actin in a calcium-dependent manner // Cell. — 1980. - T. 20, № 3. — C. 839847.

17. Burns D. H., Callis J. B., Christian G. D., Davidson E. R. Strategies for attaining superresolution using spectroscopic data as constraints // Appl. Opt. - 1985. ~ T. 24, № 2. - C. 154-161.

18. Buss J., Coltharp C., Huang T., Pohlmeyer C., Wang S. C., Hatem C., Xiao J. In vivo organization of the FtsZ-ring by ZapA and ZapB revealed by quantitative super-resolution microscopy // Mol Microbiol. - 2013. - Sep. - T. 89, № 6. - C. 1099-120.

19. Buss J., Coltharp C., Xiao J. Super-resolution imaging of the bacterial division machinery // J Vis Exp. -- 2013. №71.

20. Carter A. R., King G. M., Ulrich T. A., Halsey W., Alchenberger D., Perkins T. T. Stabilization of an optical microscope to 0.1 nm in three dimensions // Appl Opt. ~ 2007. ~ Jan 20. -- T. 46, №3.-C. 421-7.

21. Cesnaviciene E., Mitkaite G., Stankevicius K., Janulaitis A., Lubys A. Espl396I restriction-modification system: structural organization and mode of regulation // Nucleic Acids Res. ~ 2003. -- Jan 15. - t. 31, № 2. - C. 743-9.

22. Chandran D., Bergmann F. T., Sauro H. M. TinkerCell: modular CAD tool for synthetic biology // J Biol Eng. - 2009. -- T. 3. - C. 19.

23. Cheezum M. K., Walker W. F., Guilford W. H. Quantitative comparison of algorithms for tracking single fluorescent particles // Biophys J. - 2001. - Oct. - T. 81, № 4. - C. 2378-88.

24. Chen Y., Milam S. L., Erickson H. P. SulA inhibits assembly of FtsZ by a simple sequestration mechanism // Biochemistry. — 2012. — Apr 10. — T. 51, № 14. ~ C. 3100-9.

25. Cho H., McManus H. R., Dove S. L., Bernhardt T. G. Nucleoid occlusion factor SlmA is a DNA-activated FtsZ polymerization antagonist // Proc Natl Acad Sci USA.-- 2011. ~ Mar 1. — T. 108, №9. --C. 3773-8.

26. Choi P. J., Cai L., Frieda K., Xie X. S. A stochastic single-molecule event triggers phenotype switching of a bacterial cell // Science. -- 2008. - Oct 17. - T. 322, № 5900. - C. 442-6.

27. Collins T. J. ImageJ for microscopy // Biotechniques. - 2007. - Jul. — T. 43, № 1 Suppl. — C.25-30.

28. Coltharp C., Xiao J. Superresolution microscopy for microbiology // Cell Microbiol. -- 2012. -- Dec. -- T. 14, № 12. -- C. 1808-18.

29. Dai J., Sheetz M. P. Mechanical properties of neuronal growth cone membranes studied by tether formation with laser optical tweezers // Biophys J. — 1995. — Mar. — T. 68, № 3. — C. 98896.

30. Dempsey G. T., Bates M., Kowtoniuk W. E., Liu D. R., Tsien R. Y., Zhuang X. Photoswitching Mechanism of Cyanine Dyes // Journal of the American Chemical Society. ~ 2009. -- T. 131, № 51. ~ C. 18192-18193.

31. Eggert D., Naumann M., Reimer R., Voigt C. A. Nanoscale glucan polymer network causes pathogen resistance // Sci Rep. - 2014. - T. 4. - C. 4159.

32. Eldar A., Chary V. K., Xenopoulos P., Fontes M. E., Loson O. C., Dworkin J., Piggot P. J., Elowitz M. B. Partial penetrance facilitates developmental evolution in bacteria // Nature. — 2009. -

- Jul 23. -- T. 460, № 7254. - C. 510-4.

33. Elowitz M. B., Levine A. J., Siggia E. D., Swain P. S. Stochastic gene expression in a single cell // Science. -- 2002. -- Aug 16. -- T. 297, № 5584. -- C. 1183-6.

34. Enikeeva F. N., Severinov K. V., Gelfand M. S. Restriction-modification systems and bacteriophage invasion: who wins? // J Theor Biol. ~ 2010. ~ Oct 21. - T. 266, № 4. - C. 550-9.

35. Enikeeva F. N., Severinov K. V., Gelfand M. S. Restriction-modification systems and bacteriophage invasion: Who wins? // Journal of Theoretical Biology. -- 2010. — T. 266, № 4. — C. 550-559.

36. Erickson H. P., Anderson D. E., Osawa M. FtsZ in bacterial cytokinesis: cytoskeleton and force generator all in one // Microbiol Mol Biol Rev. - 2010. - Dec. - T. 74, № 4. - c. 504-28.

37. Erill I., Campoy S., Barbe J. Aeons of distress: an evolutionary perspective on the bacterial SOS response // FEMS Microbiol Rev. - 2007. - Nov. - T. 31, № 6. - C. 637-56.

38. Fan H. F., Cox M. M., Li H. W. Developing single-molecule TPM experiments for direct observation of successful RecA-mediated strand exchange reaction // PLoS One. — 2011. — T. 6, № 7. ~ C. e21359.

39. Fedechkin S. O., Brockerman J., Pfaff D. A., Burns L., Webb T., Nelson A., Zhang F., Sabantsev A. V., Melnikov A. S., McKnight C. J., Smirnov S. L. Gelsolin-like activation of villin: calcium sensitivity of the long helix in domain 6 //Biochemistry. — 2013. ~ Nov 12. — T. 52, № 45.

- C. 7890-900.

40. Finidori J., Friederich E., Kwiatkowski D. J., Louvard D. In vivo analysis of functional domains from villin and gelsolin // J Cell Biol. -- 1992. -- Mar. - T. 116, № 5. -- C. 1145-55.

41. Foiling J., Bossi M„ Bock H., Medda R„ Wurm C. A., Hein B., Jakobs S., Eggeling C., Hell S. W. Fluorescence nanoscopy by ground-state depletion and single-molecule return // Nat Meth. — 2008. -- T. 5, № 11. -- C. 943-945.

42. Fu G., Huang T., Buss J., Coltharp C., Hensel Z., Xiao J. In vivo structure of the E. coli FtsZ-ring revealed by photoactivated localization microscopy (PALM) // PLoS One. — 2010. — T. 5, № 9. — C. el2682.

43. Gangopadhyay S. S., Takizawa N., Gallant C., Barber A. L., Je H. D., Smith T. C., Luna E. J., Morgan K. G. Smooth muscle archvillin: a novel regulator of signaling and contractility in vascular smooth muscle // J Cell Sci. - 2004. - Oct 1. - T. 117, № Pt 21. - C. 5043-57.

44. Ghosh A., Passaris I., Tesfazgi Mebrhatu M., Rocha S., Vanoirbeek K., Hofkens J., Aertsen A. Cellular localization and dynamics of the Mrr type IV restriction endonuclease of Escherichia coli //Nucleic Acids Res. -- 2014. -- Apr. - T. 42, № 6. - C. 3908-18.

45. Girish V., Vijayalakshmi A. Affordable image analysis using NIH Image/ImageJ // Indian J Cancer. - 2004. - Jan-Mar. -- T. 41, № 1. - C. 47.

46. Graumann P. L. Cytoskeletal elements in bacteria // Annu Rev Microbiol. - 2007. - T. 61. --C. 589-618.

47. Greenfield D., McEvoy A. L., Shroff H., Crooks G. E., Wingreen N. S., Betzig E., Liphardt J. Self-organization of the Escherichia coli chemotaxis network imaged with super-resolution light microscopy // PLoS Biol. - 2009. ~ Jun 16. -- T. 7, № 6. -- C. el000137.

48. Gustafsson M. G. Surpassing the lateral resolution limit by a factor of two using structured illumination microscopy // J Microsc. -- 2000. ~ May. - T. 198, № Pt 2. - C. 82-7.

49. Harrington K. I., Sanchez A. Eco-evolutionary dynamics of complex social strategies in microbial communities // Commun Integr Biol. — 2014. — Jan 1. — T. 7, № 1. — C. e28230.

50. Hayazawa N., Inouye Y., Kawata S. Evanescent field excitation and measurement of dye fluorescence in a metallic probe near-field scanning optical microscope // J Microsc. — 1999. — May-Jun. - T. 194, № pt 2-3. - C. 472-6.

51. Heilemann M., Margeat E., Kasper R., Sauer M., Tinnefeld P. Carbocyanine Dyes as Efficient Reversible Single-Molecule Optical Switch // Journal of the American Chemical Society. --2005.--T. 127, № 11. -C. 3801-3806.

52. Heilemann M., van de Linde S., Mukherjee A., Sauer M. Super-Resolution Imaging with Small Organic Fluorophores // Angewandte Chemie International Edition. — 2009. ~ T. 48, № 37. --C. 6903-6908.

53. Heilemann M., van de Linde S., Schuttpelz M., Kasper R., Seefeldt B., Mukherjee A., Tinnefeld P., Sauer M. Subdiffraction-Resolution Fluorescence Imaging with Conventional Fluorescent Probes // Angewandte Chemie International Edition. ~ 2008. ~ T. 47, № 33. ~ C. 6172-6176.

54. Hell S. W., Wichmann J. Breaking the diffraction resolution limit by stimulated emission: stimulated-emission-depletion fluorescence microscopy // Opt Lett. - 1994. — Jun 1. - T. 19, № 11.--C. 780-2.

55. Henriques R., Lelek M., Fornasiero E. F., Valtorta F., Zimmer C., Mhlanga M. M. QuickPALM: 3D real-time photoactivation nanoscopy image processing in ImageJ // Nat Methods. -- 2010. -- May. -- T. 7, № 5. -- C. 339-40.

56. Hess S. T., Girirajan T. P., Mason M. D. Ultra-high resolution imaging by fluorescence photoactivation localization microscopy // Biophys J. ~ 2006. — Dec 1. — T. 91, № 11. — C. 425872.

57. Hesterberg L. K., Weber K. Ligand-induced conformational changes in villin, a calcium-controlled actin-modulating protein // J Biol Chem. - 1983. - Jan 10. ~ T. 258, № 1. - C. 359-64.

58. Holden S. J., Pengo T., Meibom K. L., Fernandez Fernandez C., Collier J., Manley S. High throughput 3D super-resolution microscopy reveals Caulobacter crescentus in vivo Z-ring organization // Proc Natl Acad Sci USA.-- 2014. - Mar 25. - T. 111, № 12. - C. 4566-71.

59. Hsu H. F., Ngo K. V., Chitteni-Pattu S., Cox M. M., Li H. W. Investigating Deinococcus radiodurans RecA protein filament formation on double-stranded DNA by a real-time single-molecule approach // Biochemistry. - 2011. ~ Oct 4. -- T. 50, № 39. - C. 8270-80.

60. Huang B., Bates M., Zhuang X. Super-resolution fluorescence microscopy // Annu Rev Biochem. - 2009. -- T. 78. - C. 993-1016.

61. Huang B„ Jones S. A., Brandenburg B., Zhuang X. Whole-cell 3D STORM reveals interactions between cellular structures with nanometer-scale resolution // Nat Methods. ~ 2008. ~ Dec. --T. 5, № 12.-- C. 1047-52.

62. Jennings P. C., Cox G. C., Monahan L. G., Harry E. J. Super-resolution imaging of the bacterial cytokinetic protein FtsZ // Micron. — 2010. — Sep 15.

63. Jennison A. V., Verma N. K. Shigella flexneri infection: pathogenesis and vaccine development // FEMS Microbiol Rev. -- 2004. - Feb. ~ T. 28, № 1. - C. 43-58.

64. Keen S., et al. Comparison of a high-speed camera and a quadrant detector for measuring displacements in optical tweezers // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. — 2007. ~ T. 9, № 8. -- C. S264.

65. Khurana S., George S. P. Regulation of cell structure and function by actin-binding proteins: villin's perspective // FEBS Lett. - 2008. - Jun 18. - T. 582, № 14. - C. 2128-39.

66. Kilinc D., Lee G. U. Advances in magnetic tweezers for single molecule and cell biophysics // Integr Biol (Camb). - 2014. - Jan. - T. 6, № 1. ~ C. 27-34.

67. Kim S. Y., Gitai Z., Kinkhabwala A., Shapiro L., Moerner W. E. Single molecules of the bacterial actin MreB undergo directed treadmilling motion in Caulobacter crescentus // Proc Natl Acad Sci USA.- 2006. -- Jul 18. -- T. 103, № 29. - C. 10929-34.

68. Kumar N., Khurana S. Identification of a functional switch for actin severing by cytoskeletal proteins // J Biol Chem. -- 2004. - Jun 11. - T. 279, № 24. -- C. 24915-8.

69. Kural C., Kim H., Syed S., Goshima G., Gelfand V. I., Selvin P. R. Kinesin and dynein move a peroxisome in vivo: a tug-of-war or coordinated movement? // Science. — 2005. — Jun 3. — T. 308, № 5727. - C. 1469-72.

70. Lee S. H., Baday M., Tjioe M., Simonson P. D., Zhang R., Cai E., Selvin P. R. Using fixed fiduciary markers for stage drift correction // Opt Express. — 2012. — May 21. — T. 20, № 11. ~ C. 12177-83.

71. Lemmer P., Gunkel M., Baddeley D., Kaufmann R., Urich A., Weiland Y., Reymann J., Muller P., Hausmann M., Cremer C. SPDM: light microscopy with single-molecule resolution at the nanoscale // Applied Physics B: Lasers and Optics. — 2008. — T. 93, № 1. ~ C. 1-12.

72. Lemmer P., Gunkel M„ Weiland Y., MULler P., Baddeley D., Kaufmann R., Urich A., Eipel H., Amberger R., Hausmann M., Cremer C. Using conventional fluorescent markers for far-

field fluorescence localization nanoscopy allows resolution in the 10-nm range // Journal of Microscopy. - 2009. - T. 235, № 2. -- C. 163-171.

73. Lew M. D., Lee S. F., Ptacin J. L., Lee M. K., Twieg R. J., Shapiro L., Moerner W. E. Three-dimensional superresolution colocalization of intracellular protein superstructures and the cell surface in live Caulobacter crescentus // Proc Natl Acad Sci USA.-- 2011. - Nov 15. ~ T. 108, № 46.--C. El 102-10.

74. Luria S. E., Human M. L. A nonhereditary, host-induced variation of bacterial viruses // J Bacteriol. - 1952. - Oct. - T. 64, № 4. - C. 557-69.

75. Lutkenhaus J., Pichoff S., Du S. Bacterial cytokinesis: From Z ring to divisome // Cytoskeleton (Hoboken). - 2012. - Oct. -- T. 69, № 10. - C. 778-90.

76. Lutkenhaus J. F., Wolf-Watz H., Donachie W. D. Organization of genes in the ftsA-envA region of the Escherichia coli genetic map and identification of a new fits locus (ftsZ) // J Bacteriol. - 1980. -- May. -- T. 142, № 2. - C. 615-20.

77. Ma X., Ehrhardt D. W., Margolin W. Colocalization of cell division proteins FtsZ and FtsA to cytoskeletal structures in living Escherichia coli cells by using green fluorescent protein // Proc Natl Acad Sci USA.- 1996. - Nov 12. - T. 93, № 23. - C. 12998-3003.

78. McGorty R., Kamiyama D., Huang B. Active Microscope Stabilization in Three Dimensions Using Image Correlation // Opt Nanoscopy. — 2013. ~ Apr 18. ~ T. 2, № 1.

79. McGough A. M., Staiger C. J., Min J. K., Simonetti K. D. The gelsolin family of actin regulatory proteins: modular structures, versatile functions // FEBS Lett. — 2003. — Sep 25. — T. 552, №2-3.-- C. 75-81.

80. Meng J., Vardar D., Wang Y., Guo H. C., Head J. F., McKnight C. J. High-resolution crystal structures of villin headpiece and mutants with reduced F-actin binding activity // Biochemistry. ~ 2005. -- Sep 13. - T. 44, № 36. -- C. 11963-73.

81. Mlodzianoski M. J., Schreiner J. M., Callahan S. P., Smolkova K., Dlaskova A., Santorova J., Jezek P., Bewersdorf J. Sample drift correction in 3D fluorescence photoactivation localization microscopy // Opt Express. -2011,- Aug 1. - T. 19, № 16. ~ C. 15009-19.

82. Monahan L. G., Liew A. T., Bottomley A. L., Harry E. J. Division site positioning in bacteria: one size does not fit all // Front Microbiol. — 2014. — T. 5. ~ C. 19.

83. Mruk I., Blumenthal R. M. Real-time kinetics of restrictionmodification gene expression after entry into a new host cell // Nucleic Acids Research. — 2008. — Jun. — T. 36, № 8. — C. 25812593.

84. Mruk I., Kobayashi I. To be or not to be: regulation of restriction-modification systems and other toxin-antitoxin systems //Nucleic Acids Res. — 2014. — Jan. ~ T. 42, № 1. — C. 70-86.

85. Nagai T., Ibata K., Park E. S., Kubota M., Mikoshiba K., Miyawaki A. A variant of yellow fluorescent protein with fast and efficient maturation for cell-biological applications // Nat Biotechnol. - 2002. - Jan. - T. 20, № 1. - C. 87-90.

86. Nagornykh M. O., Bogdanova E. S., Protsenko A. S., Zakharova M. V., Solonin A. S., Severinov K. V. [Regulation of gene expression in type II restriction-modification system] // Genetika. ~ 2008. - May. - T. 44, № 5... c. 606-15.

87. Naumov A. V., Gorshelev A. A., Vainer Y. G., Kador L., Kohler J. Far-field nanodiagnostics of solids with visible light by spectrally selective imaging // Angew Chem Int Ed Engl. - 2009. - T. 48, № 51. - C. 9747-50.

88. Novick A., Weiner M. Enzyme Induction as an All-or-None Phenomenon // Proc Natl Acad Sci USA.-- 1957. -- Jul 15. -- T. 43, № 7. - C. 553-66.

89. Nugent-Glandorf L., Perkins T. T. Measuring 0.1 -nm motion in 1 ms in an optical microscope with differential back-focal-plane detection // Opt Lett. — 2004. — Nov 15. — T. 29, № 22.-- C. 2611-3.

90. Olivier N., Keller D., Rajan V. S., Gonczy P., Manley S. Simple buffers for 3D STORM microscopy // Biomed Opt Express. - 2013. - Jun 1. -- T. 4, № 6. - C. 885-99.

91. Ortega-Arroyo J., Kukura P. Interferometric scattering microscopy (iSCAT): new frontiers in ultrafast and ultrasensitive optical microscopy // Phys Chem Chem Phys. ~ 2012. — Dec 5. — T. 14, № 45. ~ C. 15625-36.

92. Ovesny M., Krizek P., Borkovec J., Svindrych Z., Hagen G. M. ThunderSTORM: a comprehensive ImageJ plug-in for PALM and STORM data analysis and super-resolution imaging // Bioinformatics. — 2014. — Apr 25.

93. Pavani S. R., Thompson M. A., Biteen J. S., Lord S. J., Liu N., Twieg R. J., Piestun R., Moerner W. E. Three-dimensional, single-molecule fluorescence imaging beyond the diffraction limit by using a double-helix point spread function // Proc Natl Acad Sci USA. — 2009. — Mar 3. --T. 106, № 9.-C. 2995-9.

94. Pestonjamasp K. N., Pope R. K., Wulfkuhle J. D., Luna E. J. Supervillin (p205): A novel membrane-associated, F-actin-binding protein in the villin/gelsolin superfamily // J Cell Biol. — 1997,- Dec 1.--T. 139, №5,- C. 1255-69.

95. Pouget N., Dennis C., Turlan C., Grigoriev M., Chandler M., Salome L. Single-particle tracking for DNA tether length monitoring //Nucleic Acids Res. — 2004. — T. 32, № 9. - C. e73.

96. Ptacin J. L., Lee S. F., Garner E. C., Toro E., Eckart M., Comolli L. R., Moerner W. E., Shapiro L. A spindle-like apparatus guides bacterial chromosome segregation // Nat Cell Biol. — 2010. - Aug. - T. 12, № 8. - C. 791-8.

97. Raj A., van Oudenaarden A. Nature, nurture, or chance: stochastic gene expression and its consequences // Cell. - 2008. - Oct 17. - T. 135, № 2. - C. 216-26.

98. Rust M. J., Bates M., Zhuang X. Sub-diffraction-limit imaging by stochastic optical reconstruction microscopy (STORM) //Nat Methods. - 2006. ~ Oct. - T. 3, № 10. - C. 793-5.

99. Sabantsev A., Pobegalov G., Arseniev A., Melnikov A., Khodorkovskiy M. Three-dimensional cross-correlation tracking of DIC bead images for optical trapping // First International Workshop on Pontin and Reptin ~ Bordeaux, 2012. — C. 44.

100. Sabantsev A., Vishnyakov I., Vedyaykin A., Pobegalov G., Borchsenius S., Khodorkovskiy M. Study of structures formed by FtsZ in Escherichia coli and Mycoplasma hominis cells // FEBS Journal, Special Issue: 38th FEBS Congress, Saint Petersburg, Russia. -- 2013. -- T. 280, № Sup. si. --C. 469.

101. Sanchez A., Golding I. Genetic determinants and cellular constraints in noisy gene expression // Science. - 2013. - Dec 6. -- T. 342, № 6163. -- C. 1188-93.

102. Schafer D. A., Gelles J., Sheetz M. P., Landick R. Transcription by single molecules of RNA polymerase observed by light microscopy // Nature. ~ 1991. ~ T. 352, № 6334. ~ C. 444448.

103. Schindelin J., Arganda-Carreras I., Frise E., Kaynig V., Longair M., Pietzsch T., Preibisch S., Rueden C., Saalfeld S., Schmid B„ Tinevez J. Y., White D. J., Hartenstein V., Eliceiri K., Tomancak P., Cardona A. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis // Nat Methods. -- 2012. - Jul. - T. 9, № 7. - C. 676-82.

104. Semenova E., Datsenko K., Savitskaya E., Sabantsev A., Fedorova Y., Severinov K. Autoprimed spacer aquisition in E.coli cells // CRISPR 2014 - The Prokaryotic Immune System CRISPR/Cas - Berlin, Germany, 2014. -.

105. Semenova E., Datsenko K., Savitskaya E., Sabantsev A., Fedorova Y., Strotskaja A., Nenarokova A., Musharova O., Severinov K. Use of auto-primed spacer acquisition to study CRISPR adaptation in Escherichia coli // CRISPR 2014 - The Prokaryotic Immune System CRISPR/Cas - Berlin, Germany, 2014. --.

106. Shaner N. C., Campbell R. E., Steinbach P. A., Giepmans B. N., Palmer A. E., Tsien R. Y. Improved monomeric red, orange and yellow fluorescent proteins derived from Discosoma sp. red fluorescent protein //Nat Biotechnol. - 2004. - Dec. - T. 22, № 12. - C. 1567-72.

107. Shih Y. L., Rothfield L. The bacterial cytoskeleton // Microbiol Mol Biol Rev. - 2006. ~ Sep. - T. 70, № 3. --C. 729-54.

108. Shroff H., White H., Betzig E. Photoactivated localization microscopy (PALM) of adhesion complexes // Curr Protoc Cell Biol. - 2008. - Dec. -- T. Chapter 4. ~ C. Unit 4 21.

109. Shtengel G., Galbraith J. A., Galbraith C. G., Lippincott-Schwartz J., Gillette J. M., Manley S., Sougrat R., Waterman C. M., Kanchanawong P., Davidson M. W., Fetter R. D., Hess H. F. Interferometric fluorescent super-resolution microscopy resolves 3D cellular ultrastructure // Proc Natl Acad Sci USA.- 2009. - Mar 3. - T. 106, № 9. - C. 3125-30.

110. Singh G. P. Coupling Between Noise and Plasticity in E. coli // G3. - 2013. - T. 3, № 12. ~ C. 2115-20.

111. Smirnov S. L., Isern N. G., Jiang Z. G„ Hoyt D. W., McKnight C. J. The isolated sixth gelsolin repeat and headpiece domain of villin bundle F-actin in the presence of calcium and are linked by a 40-residue unstructured sequence // Biochemistry. — 2007. — Jun 26. — T. 46, № 25. — C. 7488-96.

112. Steffen W., Smith D., Simmons R., Sleep J. Mapping the actin filament with myosin // Proc Natl Acad Sci USA.-- 2001. ~ Dec 18. ~ T. 98, № 26. - C. 14949-54.

113. Strauss M. P., Liew A. T., Turnbull L., Whitchurch C. B., Monahan L. G., Harry E. J. 3D-SIM super resolution microscopy reveals a bead-like arrangement for FtsZ and the division machinery: implications for triggering cytokinesis // PLoS Biol. — 2012. — T. 10, № 9. — C. el001389.

114. Strepp R., Scholz S., Kruse S., Speth V., Reski R. Plant nuclear gene knockout reveals a role in plastid division for the homolog of the bacterial cell division protein FtsZ, an ancestral tubulin // Proc Natl Acad Sei USA.- 1998. - Apr 14. - T. 95, № 8. - C. 4368-73.

115. Taniguchi Y., Choi P. J., Li G. W., Chen H„ Babu M., Hearn J., Emili A., Xie X. S. Quantifying E. coli proteome and transcriptome with single-molecule sensitivity in single cells // Science. ~ 2010. - Jul 30. - T. 329, № 5991. - C. 533-8.

116. Thanedar S., Margolin W. FtsZ exhibits rapid movement and oscillation waves in helix-like patterns in Escherichia coli // Curr Biol. - 2004. - Jul 13. - T. 14, № 13. - C. 1167-73.

117. Thompson R. E., Larson D. R., Webb W. W. Precise nanometer localization analysis for individual fluorescent probes // Biophys J. - 2002. ~ May. - T. 82, № 5. ~ C. 2775-83.

118. van de Linde S., Kasper R., Heilemann M., Sauer M. Photoswitching microscopy with standard fluorophores // Applied Physics B: Lasers and Optics. — 2008. — T. 93, № 4. — C. 725731.

119. van Oijen A. M., Köhler J., Schmidt J., Müller M., Brakenhoff G. J. 3-Dimensional superresolution by spectrally selective imaging // Chemical Physics Letters. - 1998. - T. 292, № 1-2. — C.183-187.

120. van Oijen A. M., Köhler J., Schmidt J., Müller M., Brakenhoff G. J. Far-field fluorescence microscopy beyond the diffraction limit // J. Opt. Soc. Am. A. - 1999. - T. 16, № 4. - C. 909-915.

121. Vardar D., Buckley D. A., Frank B. S., McKnight C. J. NMR structure of an F-actin-binding "headpiece" motif from villin // J Mol Biol. - 1999. - Dec 17. - T. 294, № 5. - C. 1299-310.

122. Vedyaykin A. D., Sabantsev A. V., Vishnyakov I. E., Fedorova Y. V., Melnikov A. S., Serdobintsev P. Y. Localization microscopy study of FtsZ structures in E. coli cells during SOSresponse // 1st International School and Conference on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures — St. Petersburg, Russia, ,2014. — C. 140-141.

123. Vogelsang J., Steinhauer C., Forthmann C., Stein I. H., Person-Skegro B., Cordes T., Tinnefeld P. Make them Blink: Probes for Super-Resolution Microscopy // ChemPhysChem. — 2010. -T. 11, № 12. - C. 2475-2490.

124. Walsh T. P., Weber A., Davis K., Bonder E., Mooseker M. Calcium dependence of villin-induced actin depolymerization // Biochemistry. — 1984. - Dec 4. — T. 23, № 25. — C. 6099-102.

125. Wang Y., Schnitzbauer J., Hu Z., Li X., Cheng Y., Huang Z.-L., Huang B. Localization events-based sample drift correction for localization microscopy with redundant cross-correlation algorithm // Optics Express. - 2014. - 2014/06/30. - T. 22, № 13. - C. 15982-15991.

126. Williams K., Savageau M. A., Blumenthal R. M. A bistable hysteretic switch in an activator-repressor regulated restriction-modification system //Nucleic Acids Res. — 2013. — Jul. — T. 41, № 12. ~C. 6045-57.

127. Wilson G. G., Murray N. E. Restriction and modification systems // Annu Rev Genet. — 1991.-- T. 25.--C. 585-627.

128. Wolf D. E. The Optics of Microscope Image Formation // Methods in Cell BiologyAcademic Press, 2003. ~ С. 11-43.

129. Yildiz A., Selvin P. R. Fluorescence imaging with one nanometer accuracy: application to molecular motors // Acc Chem Res. - 2005. ~ Jul. - T. 38, № 7. - C. 574-82.

130. York A. G., Ghitani A., Vaziri A., Davidson M. W., Shroff H. Confined activation and subdiffractive localization enables whole-cell PALM with genetically expressed probes // Nat Methods. ~ 2011. - Apr. - T. 8, № 4. - C. 327-33.

131. Yu J., Xiao J., Ren X., Lao K., Xie X. S. Probing gene expression in live cells, one protein molecule at a time // Science. - 2006. ~ Mar 17. - T. 311, № 5767. - C. 1600-3.

132. Zondervan R., Kulzer F., Orlinskii S. В., Orrit M. Photoblinking of Rhodamine 6G in Poly(vinyl alcohol): Radical Dark State Formed through the Triplet // The Journal of Physical Chemistry A. ~ 2003. - T. 107, № 35. -- C. 6770-6776.

133. Вишняков И. E., Борхсениус С. Н. Белок FtsZ и цитокинез у бактерий // Цитология. ~ 2007. -- Т. 49, № 5. -- С. 421-429.

134. Морозова Н. Е., Ведяйкин А. Д., Сабанцев А. В., Федорова Я. В., Якунина М. В., Северинов К. В. Изучение механизма преодоления бактериофагом системы рестрикции-модификации // Научно-практическая конференция с международным участием XLII «Неделя науки СПбГПУ». — Санкт-Петербург, Россия, 2013. — С. 232.

135. Сабанцев А. В., Ведяйкин А. Д., Побегалов Г. Е., Ходорковский М. А., Борхсениус С. Н., Вишняков И. Е. Исследование надмолекулярных белковых структур, формируемых в клетках микоплазм, методом локализационной микроскопии // БИОЛОГИЯ - НАУКА XXI ВЕКА: 17-я Международная Пущинская школа-конференция молодых ученых (Пущино, 21 -26 апреля 2013 г.) 2013. -- С. 185.

136. Сабанцев А. В., Побегалов Г. Е., Мурашов С. В., Мельников А. С., Ходорковский М. А. Модернизация флуоресцентного микроскопа для исследования биологических структур с субдифракционным разрешением // Научно-технические ведомости СПбГПУ. — 2012. № 2(146). -- С. 94-99.

137. Сабанцев А. В., Федечкин С. О., Ходорковский М. А., Побегалов Г. Е., Ведяйкин А. Д., Смирнов С. JT. Характеризация кальций-связывающих свойств домена 6 виллина // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математически науки. — 2014. № 1(189). -С. 101-107.

138. Якимов А. П., Федечкин С. О., Нериновский К. Б., Шабалин К. А., Смирнов С. JI. Структурная стабильность домена 6 виллина в отсутствие ионов кальция // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математически науки. — 2013. № 2 (170). — С. 149154.