Самое четкое изображение живой кишечной палочки помогло понять архитектуру ее мембраны

С помощью атомно-силовой микроскопии высокого разрешения ученым впервые удалось получить микрофотографии живой клетки E.coli в рекордно высоком разрешении и более подробно изучить архитектуру внешней мембраны. Оказалось, что белки внешней мембраны расположены гораздо более плотно, чем предполагалось ранее, и образуют статичную пористую структуру. А эластичность такой мембране придают скопления липополисахаридов, которые подобно каплям воды могут разделяться или сливаться. Эти данные могут помочь в будущем найти уязвимости грамотрицательных бактерий к антибиотикам. Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Грамотрицательные бактерии, в том числе E.coli, окружены внешней мембраной, которая защищает клетку от иммунной системы животных, обеспечивает механическую стабильность клетки и не пропускает многие классы антибиотиков, которые наиболее эффективны именно внутри клетки. Мембрана с внутренней части состоит из фосфолипидов, а с внешней из липополисахаридов, в которых находятся белки внешней мембраны (разнообразные белки со структурой бета-цилиндра, чаще всего порины). Тем не менее, до сих пор не было ясно, как именно архитектура белков и липидов на поверхности клетки образует защитный барьер.

Группа ученых из Великобритании под руководством Джорджины Бенн (Georgina Benn) из Лондонского центра нанотехнологий с помощью атомно-силовой микроскопии получила фотографии поверхности живой клетки кишечной палочки в высоком разрешении, оценила структуру внешней мембраны и проследила динамику белковых и липополисахаридных доменов.

Чтобы получить изображение целой клетки в высоком разрешении, исследователи для начала сканировали отдельные ее части, а затем сопоставили отдельные фазовые сканирования, учитывая их положение и характеристики поверхности, и склеили их в единое изображение. Они обнаружили, что большая часть поверхности клетки пористая, а сами поры образованы тримерами порина. С помощью делеции гена активатора транскрипции поринов OmpF и OmpC выяснилось, что именно OmpF образует почти статичную плотную сеть, промежутки которой заполнены липополисахаридами, причем судя по всему в жидкой фазе, поэтому они способны сливаться друг с другом и разделяться. Они напоминают капли, которые на 0,5-1 нанометров выступают над сетью, образуя бугристую поверхность. Статическая природа пориновой сети примечательна, так как внешняя мембрана расширяется и перестраивается во время роста и деления клетки. Исследователи предполагают, что именно скопления липополисахаридов обеспечивают достаточную эластичность мембраны, которая не препятствует быстрому росту и делению клетки.

Внутри тримерной пориновой сети можно увидеть отдельные участки без пор. (A) Изображение АСМ, где пунктиром выделены области без пор (C) Последовательное изменение участков без пор за время деление клетки. Здесь отчетливо видно, что участки сливаются и разделяются.

Наличие областей, обогащенных липополисахаридами, предполагает возможность внедрения новых компонентов мембраны, потенциально ими могут стать фосфолипиды. При нормальной работе клетки фосфолипиды транспортируются с поверхности клетки к фосфолипидному слою, если туда попадают, через путь Mla или гидролизуются фосфолипазой PldA. Делеция pldA и нарушение пути Mla привело к 25-кратному увеличению фосфолипидов по сравнению с диким типом, а микрофотографии с атомно-силового микроскопа демонстрируют выраженное изменение структуры поверхности клетки, так как на ней образовываются новые домены фосфолипидов. Также оказалось, что именно штамм с двойной делецией наиболее чувствителен к умеренным концентрациям SDS-EDTA.

Изображения внешней мембраны АСМ разных штаммов E.coli. На них хорошо видно резкое изменение архитектуры поверхности у штамма с двойной делецией.

Понимание структурных особенностей внешней мембраны потенциально может помочь в исследованиях взаимодействий всех компонентов поверхности клетки, а также в оценке того, как чувствительность бактерий к различным препаратам зависит от структуры внешней мембраны.

Устойчивость или невосприимчивость бактерий к антибиотикам — насущная проблема, но ученые уже изобрели соединение, показавшее свою эффективность против грамотрицательных бактерий. Кроме того, в 2020 году обнаружили антибиотик широкого спектра действия, против которого у бактерий еще не выработалась резистентность, а резистентные бактерии победили старыми антибиотиками с помощью наночастиц, активируемых светом.

Анастасия Сверкунова

Источник: nplus1.ru

0 0 голоса
Рейтинг статьи

Опубликовано: 28.10.2021 в 22:46

Автор:

Категории: Наука и технологии

Подписаться
Уведомить о
guest
0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии