28 ноября 2021

Как выглядят живые бактерии

Изображения живых бактерий

Исследователи UCL сделали самые четкие изображения живых бактерий, которые показали сложную архитектуру защитного слоя, который окружает многие бактерии и усложняет их уничтожение антибиотиками.

Исследование, опубликованное сегодня (25 октября 2021 г.) в Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA и проведенное в сотрудничестве с учеными из Национальной физической лаборатории, Королевского колледжа Лондона, Оксфордского университета и Принстонского университета, показывает, что бактерии с защитными свойствами внешние слои, называемые грамотрицательными бактериями, могут иметь более сильные и более слабые пятна на своей поверхности.

Живая бактерия E. coli

Микроскопическое изображение живой бактерии E. coli, показывающее неоднородный характер ее защитной внешней мембраны. Плотно упакованная сеть белков прерывается гладкими безбелковыми островками (помечены пунктирными линиями на вставке). Предоставлено: Бенн и др. UCL

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 (включая A. baumannii, P. aeruginosa и др.) Обладают устойчивостью к противомикробным препаратам. enterobacteriaceae, такие как Salmonella и E. coli) в настоящее время считается большей угрозой, чем грамположительные бактерии, такие как устойчивые S. aureus (также известные как MRSA).

«Наружная мембрана представляет собой серьезный барьер против антибиотиков и является важным фактором, делающим инфекционные бактерии устойчивыми к медицинскому лечению. Однако остается относительно неясным, как устроен этот барьер, поэтому мы решили изучить его так подробно», — пояснил автор-корреспондент профессор Барт Хугенбум (Лондонский центр нанотехнологий при UCL и UCL Physics & Astronomy).

«Изучая живые бактерии от молекулярного до клеточного уровня, мы можем увидеть, как мембранные белки образуют сеть, охватывающую всю поверхность бактерий, оставляя небольшие промежутки для участков, не содержащих белка. Это говорит о том, что барьер может быть не одинаково трудно преодолеть или растянуть на всем протяжении бактерии, но могут быть более сильные и более слабые точки, на которые также могут воздействовать антибиотики».

Чтобы лучше понять эту архитектуру, ученые провели крошечной иглой по живым бактериям Escherichia coli ( E. coli ), таким образом «почувствовав» их общую форму. Поскольку кончик иглы имеет 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.

Как выглядят живые бактерии

Удивительно, но на изображениях также было обнаружено множество пятен, которые, по-видимому, не содержали белков. Эти пятна содержат гликолипид, обычно обнаруживаемый на поверхности грамотрицательных бактерий. Кроме того, прыщавый участок другого типа образовывался, когда части мембраны вывернулись наизнанку из-за мутаций. В этом случае появление этих дефектов коррелировало с повышенной чувствительностью к бацитрацину, антибиотику, обычно эффективному только против грамположительных, но не против грамотрицательных бактерий.

Исследования Джорджина Бенн

Как пояснила Джорджина Бенн, которая проводила микроскопию бактерий в лаборатории профессора Хугенбума в Калифорнийском университете: «На снимке в учебнике бактериальной внешней мембраны показаны белки, распределенные по мембране неупорядоченным образом, хорошо смешанные с другими строительными блоками мембраны. Наши изображения демонстрируют, что это не так, но липидные пятна отделены от богатых белком сетей, точно так же, как масло отделяется от воды, в некоторых случаях образуя щели в панцире бактерий. Этот новый взгляд на внешнюю мембрану означает, что теперь мы можем начать исследовать, имеет ли и как такой порядок значение для функции мембраны, целостности и устойчивости к антибиотикам».

  • Команда также 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.
  • Они предполагают, что гликолипидные пятна могут допускать большее растяжение мембраны, чем белковые сети, что облегчает адаптацию мембраны к растущим размерам бактерий.

Работа была любезно профинансирована UKRI, Национальными институтами здравоохранения, Европейским исследовательским советом и Министерством бизнеса, энергетики и промышленной стратегии Великобритании.

Источник

Метки:



Как влияет потребление жиров на диабет 2 типа

Ученые из UNIGE обнаружили, что жир может помочь поджелудочной железе адаптироваться к избытку сахара, тем самым замедляя развитие диабета. Диабет 2 типа, которым страдает почти 10% населения мира, является серьезной проблемой общественного здравоохранения. Чрезмерно малоподвижный образ жизни и слишком калорийная диета способствуют развитию этого метаболического заболевания, изменяя функционирование клеток поджелудочной железы и снижая эффективность регуляции…

От чего зависит увеличение миелина в сером веществе мозга

Устойчивость к стрессу и дифференциальные симптомы коррелируют с региональными изменениями в головном мозге Недавнее исследование связывает тревожное поведение у крыс, а также посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР) у ветеранов вооруженных сил с повышенным содержанием миелина — вещества, которое ускоряет связь между нейронами — в областях мозга, связанных с эмоциями и памятью. Результаты, представленные учеными из Калифорнийского…

Улучшение физической формы за счет интенсивных упражнений

С помощью 2000 участников Framingham Heart Study исследователи из BU изучили, насколько малоподвижный образ жизни, ходьба и рутинные упражнения влияют на физическую форму. Упражнения полезны для здоровья. Это общеизвестно. Но насколько строгим должно быть это упражнение, чтобы действительно повлиять на уровень физической подготовки человека? И если вы сидите весь день за столом, но при этом…

Как растительная пища помогает вырабатывать мРНК

Будущее вакцин может больше походить на поедание салата, чем на укол в руку. Ученые Калифорнийского университета в Риверсайде изучают, могут ли они превратить съедобные растения, такие как салат, в фабрики по производству мРНК-вакцин. Коммуникатор РНК или мРНК технология, используемый в COVID-19 вакцин, работает обучая наши клетки распознавать и защитить нас от инфекционных заболеваний. Одна из…

Как парадокс Пето раскрывает тайны рака

Клетки в организме можно рассматривать как крошечные мишени для стрельбы из лука, каждая из которых уязвима для смертельной стрелы рака. Чем больше клеток у данного животного и чем дольше оно живет, тем выше вероятность накопления вредных клеточных мутаций, которые в конечном итоге могут привести к раку. По крайней мере, так подсказывает интуиция. Тем не менее,…