Исследователи из Великобритании и США сделали самые четкие изображения живых бактерий, которые показали сложную архитектуру защитного слоя, окружающего многие бактерии и создающего барьер для антибиотиков, сообщает пресс-служба Университетского колледжа Лондона. Результаты работы опубликованы в журнале в PNAS.
Команда обнаружила, что защитная внешняя мембрана бактерий содержит плотные сети из строительных блоков белка, чередующихся с участками-«пятнами», которые, по-видимому, не содержат белков. Вместо этого 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: внешняя мембрана является одной из причин, почему такие бактерии как, например, сальмонелла и кишечная палочка, в настоящее время считаются более серьезной угрозой, чем грамположительные бактерии, такие как устойчивый золотистый стафилококк.
Чтобы лучше понять эту архитектуру, ученые провели крошечной иглой по живым бактериям кишечной палочки (E. coli), таким образом «почувствовав» их общую форму. Поскольку кончик иглы в ширину всего несколько нанометров, это позволяет визуализировать молекулярные структуры на поверхности бактерий.
Полученные изображения показывают, что вся внешняя мембрана бактерий заполнена микроскопическими отверстиями, образованными белками, которые позволяют проникать питательным веществам, предотвращая попадание токсинов. Хотя было известно, что внешняя мембрана содержит много белков, такая скученная и неподвижная природа была неожиданной.
На фотографиях также было обнаружено множество пятен, которые, по-видимому, не содержат белки. Вместо этого в них гликолипиды, которые обычно бывают на поверхности грамотрицательных бактерий. Кроме того, «пятнистый» участок другого типа образовывался, когда части мембраны деформировались из-за мутаций. Чем больше было таких дефектов, тем чувствительнее бактерии были к бацитрацину – антибиотику, который, как правило, работает только против грамположительных, но не против грамотрицательных бактерий.
Команда предполагает, что результаты могут помочь объяснить способы, с помощью которых бактерии могут поддерживать плотно упакованный защитный барьер, при этом обеспечивая быстрый рост: обычная бактерия E. coli удваивается в размерах, а затем делится за 20 минут при благоприятных условиях. Авторы работы предполагают, что гликолипидные «пятна» могут допускать большее растяжение мембраны, чем белковые сети, облегчая адаптацию мембраны к растущим размерам бактерий.
[Фото: BENN ET AL. UCL]
