Создано четкое изображение живой грамотрицательной бактерии

Результаты описаны в статье журнала Proceedings of the National Academy of Sciences, которую вскоре опубликуют. Грамотрицательные бактерии характеризуются наличием на их поверхности внешней защитной мембраны. Она содержит фосфолипиды на внутренней стороне, липополисахариды и различные белки — на внешней. Благодаря такой структуре антибиотиком труднее проникают внутрь клеток этих бактерий, поэтому они хуже действуют. Вопреки долгой истории изучения строения микробов и принципов работы антибактериальных веществ, ученые все еще точно не выяснили, какой именно является архитектура внешней оболочки грамотрицательных бактерий и как ее элементы обеспечивают механическую и химическую устойчивость. Ученые предполагали, что дело в сильных взаимодействиях между внешне мембранными белками и липополисахаридами, а также в образовании белками целых скоплений в виде островков. Но до сих пор не было возможности это проверить, в частности, изучению этого препятствовали технические ограничения. Сейчас группа ученых из Университетского колледжа Лондона с коллегами воспользовалась современными достижениями микроскопии и в конце концов внимательно рассмотрела поверхность живой грамотрицательной бактерии.

Ученые изучали одну из самых распространенных грамотрицательных бактерий — кишечная палочка (Escherichia coli). Живых бактерий обездвижили на стеклянных поверхностях, а потом исследовали с помощью атомно-силового микроскопа, который позволяет увидеть объекты в наномасштабе. Ученые смогли исследовать структуру внешней мембраны кишечной палочки от клеточного до молекулярного уровня.

Исследование показало, что при малом увеличении кишечная палочка имеет гладкую равномерную поверхность. При изучении клетки на большом увеличении ученые сопоставили несколько отдельных изображений, чтобы получить общую картину внешней оболочки E. coli. Тогда выяснилось, что в меньшем масштабе она имеет пористую структуру с порами около 8 нанометров в диаметре, образованную бета-цилиндрами из белков. Как выяснилось, OmpF является доминирующим в этой стабильной, почти неподвижной сети, которая способна расширяться и перестраиваться в процессе роста бактерии.

Местами в пориновой сети встречаются гладкие островки липополисахаридов шириной в среднем 55 нанометров, которые на 0,5−1 нанометра выступают над поверхностью, делая ее слегка бугристой. Островки могут увеличиваться, сливаться друг с другом и разделяться, и это наводит на мысль, что они находятся в жидкой фазе. Возможно, именно это придает мембране необходимую при делениях и росте эластичность. Авторы считают, что такие участки, богатые липополисахаридами, также могут способствовать встраиванию в структуру мембраны других компонентов, например фосфолипидов.

Таким образом, внешняя оболочка грамотрицательных бактерий оказалась не такой, как ее привыкли изображать в учебнике, где все структуры мембраны распределены хаотичным образом. Авторы считают, что их работа поможет лучше понять, как взаимодействуют внешне мембранные белки, липополисахариды и фосфолипиды в мембране бактерий, и возможно раскроет детали того, как это влияет на чувствительность патогенов к антибиотикам.

Перевод материала nauka.ua