Біологія
Біологія

Створено найчіткіше зображення живої грамнегативної бактерії

Британські вчені створили найчіткіше на сьогодні зображення поверхні живої грамнегативної бактерії. Вивчаючи кишкову паличку під мікроскопом, науковці з'ясували, що білки на зовнішній мембрані клітини формують щільну пористу мережу із вкрапленнями ліпополісахаридів. Результати описані в статті журналу Proceedings of the National Academy of Sciences, яку невдовзі опублікують.

А — зображення кишкової палички при малому збільшення та з низькою роздільною здатністю, В — зображення кишкової палички з високою роздільною здатністю, зроблене із окремих зображень зовнішньої мембрани при великому збільшенні. Georgina Benn et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021

А — зображення кишкової палички при малому збільшення та з низькою роздільною здатністю, В — зображення кишкової палички з високою роздільною здатністю, зроблене із окремих зображень зовнішньої мембрани при великому збільшенні. Georgina Benn et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021

Що зацікавило вчених в оболонці бактерій?

Грамнегативні бактерії характеризуються наявністю на їхній поверхні зовнішньої захисної мембрани. Вона містить фосфоліпіди на внутрішній стороні, ліпополісахариди та різноманітні білки — на зовнішній. Завдяки такій структурі антибіотики важче проникають всередину клітин цих бактерій, тому гірше діють. Всупереч довгій історії вивчення будови мікробів та принципів роботи антибактеріальних речовин, науковці все ще достеменно не дослідили, якою саме є архітектура зовнішньої оболонки грамнегативних бактерій і як її елементи забезпечують механічну й хімічну стійкість. Вчені припускали, що річ у сильних взаємодіях між зовнішньомембранними білками та ліпополісахаридами, а також в утворенні білками цілих скупчень у вигляді острівків. Але дотепер не було можливості це перевірити, зокрема, вивченню цього перешкоджали технічні обмеження. Зараз група вчених із Університетського коледжу Лондона з колегами скористалася сучасними досягненнями мікроскопії та зрештою уважно роздивилася поверхню живої грамнегативної бактерії.

Хто потрапив під приціл вчених і що їм вдалося дізнатися?

Вчені вивчали одну з найпоширеніших грамнегативних бактерій — кишкову паличку (Escherichia coli). Живих бактерій знерухомили на скляних покривних скельцях, а тоді дослідили з допомогою атомно-силового мікроскопа, який дає змогу побачити об'єкти в наномасштабі. Вчені змогли дослідити структуру зовнішньої мембрани кишкової палички від клітинного до молекулярного рівня.

Якою виявилася поверхня бактерії?

Дослідження показало, що при малому збільшенні кишкова паличка має гладеньку рівномірну поверхню. При вивченні клітини на великому збільшенні вчені зіставили кілька окремих зображень, щоб отримати загальну картину зовнішньої оболонки E. coli. Тоді з'ясувалося, що в меншому масштабі вона має пористу структуру із порами близько 8 нанометрів у діаметрі, утворену бета-циліндрами з білків поринів. Як з'ясувалося, порин OmpF є домінуючим у цій стабільній, майже нерухомій мережі, яка здатна розширюватися та перебудовуватися у процесі росту бактерії.

Місцями в пориновій мережі зустрічаються гладенькі острівці ліпополісахаридів шириною у середньому 55 нанометрів, які на 0,5-1 нанометр виступають над поверхнею, роблячи її злегка бугристою. Острівці можуть збільшуватися, зливатися одне з одним та розділятися, і це наводить на думку, що вони перебувають у рідкій фазі. Можливо, саме це надає мембрані необхідну при поділах та рості еластичність. Автори вважають, що такі ділянки, багаті ліпополісахаридами, також можуть сприяти вбудовуванню в структуру мембрани інших компонентів, наприклад фосфоліпідів.

Таким чином, зовнішня оболонка грамнегативних бактерій виявилася не такою, як її звикли зображувати в підручника, де всі структури мембрані розподілені хаотичним чином. Автори вважають, що їхня робота допоможе краще зрозуміти, як взаємодіють зовнішньомембранні білки, ліпополісахариди та фосфоліпіди в мембрані бактерій, і можливо розкриє деталі того, як це впливає на чутливість патогенів до антибіотиків.