Ученые выяснили, как бактерии образуют крошечные жидкие капельки из белков, которые помогают им выжить в суровых условиях окружающей среды и, таким образом, снизить их шансы быть убитыми антибиотиками, - пишет eurekalert.org.
Исследование показывает, как агресомы - крошечные капли жидкости, собранные из нескольких разных белков - образуются в ответ на усиление стресса, испытываемого бактериями, и что эти бактерии могут образовывать агресомы, которые более успешно переносят эти стрессы.
Исследовательская группа, возглавляемая учеными Йоркского и Пекинского университетов, обнаружила, что экологические стрессы связаны со снижением уровня химического вещества под названием АТФ, известного как «универсальная валюта клеточной энергии», внутри бактерий. Считается, что это снижение может повлиять на растворимость ключевых клеточных белков, которые побуждали их собираться в капли.
Исследование может помочь разгадать загадку того, как определенные типы бактерий могут выжить при длительном лечении антибиотиками и за счет мутации их генов повысить вероятность формирования полной устойчивости к антибиотикам.
Используя передовую оптическую микроскопию и компьютерное моделирование, исследователи показали, что образование капель объясняется физикой «фазового разделения жидкость-жидкость». Ученые говорят, что силы притяжения между молекулами в растворе сводят их вместе, чтобы сформировать полустабильные сборки, которые обладают интересными жидкими свойствами, и, в случае агресом, включают до нескольких сотен молекул различных белков. Молекулы внутри агресомы остаются свободными для движения, как и в любой жидкости, и обмена с другими молекулами вне агресомы. Собирая белки в капли, которые необходимы для основных клеточных процессов, бактерии эффективно хранят их во время стресса, пока клетка отключается, сохраняя их в безопасности, когда вредная среда отступает, помогая клетке снова восстановиться.
Соавтор исследования профессор Марк Лик с факультета физики и биологии Йоркского университета сказал: «Наше исследование показывает, что агресомы в бактериях представляют собой очень динамичные структуры; они являют собой то, что мы бы назвали «клеточными органеллами», но у них нет внешней мембраны, которую мы обычно обнаруживаем в более изученных органеллах, таких как ядро внутри наших собственных клеток.
«Опираться на более фиксированные структуры, такие как мембраносвязанные органеллы, слишком медленно: они не позволяют бактериям достаточно быстро реагировать на быстро меняющуюся среду, поскольку требуется время, чтобы создать и разрушить мембрану и выбрать, каким молекулярным компонентам разрешено проникновение и выход. Агресомы преодолевают эту проблему, вообще не используя мембрану. Вместо этого, что примечательно, бактерии адаптировали основы физики разделения фаз в жидкостях, чтобы помочь им выжить».
В исследовании участвовала международная группа исследователей из разных дисциплин, включая биофизику, микробиологию, генетику, математику и информатику.
Команда использовала флуоресцентные метки на молекулах агресомного белка, чтобы отследить их местоположение в живых клетках бактерий E. coli, очень похожих на те, что обнаруживаются в нашем кишечнике. Они использовали математическое моделирование и компьютерное моделирование, чтобы определить, как разделение жидких фаз приводит к наблюдаемому образованию высокодинамичных белковых капель.
Профессор Лик добавил: «Единственный способ получить это новое понимание - это создать большую команду, обладающую опытом, охватывающую несколько дисциплин, с использованием достижений в экспериментальной биофизике моей команды, инновационных теоретических подходов команды Тома Маклиша из Йорка и штата новейшая бактериальная генетика от группы Фан Бая в Пекине.
«Исследования по пониманию работы этих замечательных биологических жидких капель в масштабе отдельных молекул, как мы сделали здесь, могут помочь нам понять, почему что-то идет не так в случае некоторых заболеваний, вызванных не только бактериями, но и в условиях окружающей среды. иммунная система и слабоумие, которое, по-видимому, связано с каплевидными молекулярными ансамблями. Это может помочь проложить путь к новым лекарствам, которые либо предотвращают образование определенных капель, либо нацелены на их распад».
[Фото: eurekalert.org]
