Исследователи из Университетского колледжа Лондона, Национальной физической лаборатории, Оксфордского и Принстонского университетов сделали самые четкие изображения живых бактерий.
Команда обнаружила, что защитная внешняя мембрана бактерий содержит плотные сети из строительных блоков белка, чередующихся участками, которые, по-видимому, не содержат белков. Вместо этого эти пятна обогащены молекулами с сахарными цепями (гликолипидами), которые удерживают внешнюю мембрану плотной.
Это важное открытие, потому что жесткая внешняя мембрана грамотрицательных бактерий препятствует проникновению некоторых лекарств и антибиотиков в клетку. Эта внешняя мембрана является одной из причин, почему такие бактерии (в том числе A. baumannii, P. aeruginosa, и энтеробактерии, такие как Salmonella и E. coli) в настоящее время считаются более серьезной угрозой, чем грамположительные бактерии, такие как устойчивые к антибиотикам S. аureus.
Эксперты предупреждают, что внешняя мембрана грамотрицательных бактерий становится все более эффективной в отражении антибиотиков, и эти типы супербактерий смогут убивать миллионы людей в год к середине столетия.
«Наружная мембрана представляет собой серьезный барьер против антибиотиков и является важным фактором, делающим инфекционные бактерии устойчивыми к медикаментозному лечению. Однако остается относительно неясным, как устроен этот барьер, поэтому мы решили изучить его так подробно», — рассказал Барт Хугенбум, соавтор исследования.
Для этого исследователи провели по внешней поверхности кишечной палочки Escherichia coli крошечной иглой с кончиком шириной всего несколько нанометров. Это позволило им обнаружить и, в свою очередь, отобразить очень тонкие молекулярные структуры на поверхности бактерий и показать, что на внешней мембране есть микроскопические отверстия, образованные белками, которые позволяют проходить питательным веществам, предотвращая попадание токсинов.
К удивлению исследователей, некоторые участки мембраны, по-видимому, вообще не содержали белков, а несли молекулы с сахарными цепями, известные как гликолипиды, а части мембраны фактически перевернулись наизнанку в результате мутаций. Эти дефекты коррелируют с более высокой чувствительностью к антибиотику под названием бацитрацин, который обычно эффективен только против грамположительных бактерий.
«На изображениях бактериальной внешней мембраны, которые есть в учебниках, белки распределены по мембране беспорядочно, будучи хорошо перемешанными с другими строительными блоками мембраны. Наши изображения демонстрируют, что это не так: липидные пятна отделены от богатых белком сетей точно так же, как масло отделяется от воды, в некоторых случаях образуя щели в панцире бактерий», — сообщил Джорджина Бенн, соавтор исследования.
По словам Бенн, зная об этом строении внешней мембраны, исследователи теперь должны понять, имеет ли такой порядок отношение к целостности мембраны и ее устойчивости к антибиотикам. Помимо выявления потенциальных слабых мест, на которые можно воздействовать антибиотиками, эта работа может также выявить, как бактерии могут быстро расти, сохраняя при этом плотно упакованную внешнюю мембрану.
Так, обычная бактерия E. coli удваивается в размерах, а затем делится за 20 минут при благоприятных условиях. Они предполагают, что гликолипидные пятна могут допускать большее растяжение мембраны, чем белковые сети, облегчая адаптацию мембраны к растущим размерам бактерий.
По материалам National Geographic
Читайте также:
Бактерии выжили после почти трех лет голодовки
Бактерии из гейзеров Йеллоустоуна будут использовать для приготовления веганского мяса
Бактерии могут выжить в межпланетном путешествии
