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.
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.
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.
Метки: Бактерии
Скрытый ген хранит ключ к таинственному питательному веществу, необходимому для жизни. Открытие переосмысливает то, что мы знаем о диете, болезнях и генетике человека. Международная группа ученых под руководством исследователей из Университета Флориды и Тринити-колледжа в Дублине разгадала тайну, которая десятилетиями озадачивала биологов: как организм человека усваивает важнейший микроэлемент, необходимый для всего: от работы мозга до…
Ученые обнаружили, что Тайленол действует, подавляя химическое вещество мозга, которое ранее считалось уменьшающим боль, изменяя все понимание его механизма облегчения боли и открывая новые возможности для разработки лекарств. Новое исследование показывает, что распространенное обезболивающее снимает боль не за счет увеличения естественных химических веществ хорошего самочувствия, как когда-то считалось, а за счет снижения одного из них….
Тест MyHPVscore представляет собой успешный перенос результатов лабораторных исследований в клиническую практику. Лаборатория Мичиганской медицины теперь предлагает новаторский тест на выявление рака. Разработанный в Мичиганском университете, MyHPVscore — это высокоточный анализ крови, предназначенный для обнаружения рака головы и шеи, связанного с вирусом папилломы человека (ВПЧ). Тест работает путем идентификации небольших фрагментов ДНК опухоли, циркулирующих в…
Исследователи из Питтсбургского университета обнаружили, что сочетание факторов роста может спасти клетки от поражения сибирской язвой на поздней стадии путем реактивации ключевых путей выживания, что дает надежду на лечение за пределами текущего терапевтического окна. Сибирская язва, инфекционное заболевание, вызываемое бактерией Bacillus anthracis, часто поддается лечению на ранних стадиях. Однако, как только болезнь переходит «точку невозврата»…
Исследователи обнаружили, что рак желудка образует электрические связи с близлежащими чувствительными нервами, создавая злокачественные цепи, которые способствуют росту и распространению рака. Рак желудка формирует электрические цепи с нервами, подпитывая свой рост, и этот процесс можно остановить с помощью препаратов от мигрени. Это первый задокументированный случай электрической связи между нервами и раком за пределами мозга, что…
