Бактерії вражають ворогів наносписами: нове дослідження

У світі мікроорганізмів, де боротьба за поживні речовини та простір не припиняється ні на мить, бактерії демонструють вражаючі стратегії виживання. Нещодавнє дослідження, проведене групою вчених із Біоцентру Університету Базеля під керівництвом професора Марека Баслера, пролило світло на один із таких механізмів. Дослідники з’ясували, що бактерії Pseudomonas aeruginosa здатні швидко реагувати на пошкодження своєї зовнішньої оболонки, розгортаючи так звані наносписи — системи секреції шостого типу (T6SS), які дозволяють їм атакувати конкурентів із високою точністю. Результати роботи, опубліковані в журналі Science Advances, розкривають нові деталі мікробної «війни» та відкривають перспективи для подальшого вивчення бактеріальних захисних механізмів.

У мікробному середовищі співіснування далеко не завжди є мирним. Бактерії змушені боротися за ресурси, використовуючи різноманітні тактики, щоб перехитрити або знищити своїх суперників. Одним із таких інструментів є T6SS — нанорозмірні «списи», які діють як молекулярні гарпуни. Ці структури дозволяють бактеріям вводити токсичні речовини прямо в клітини своїх ворогів, ефективно усуваючи загрозу. Дослідження команди Баслера показало, що Pseudomonas aeruginosa активує ці нанозброї у відповідь на механічні пошкодження зовнішньої мембрани, наприклад, коли її «проколюють» гострим предметом.

Щоб розібратися, що саме запускає складання T6SS, вчені співпрацювали з професором Родеріком Лімом, експертом із нанобіології з Біоцентру та Швейцарського інституту нанонаук (SNI). Використовуючи технологію атомно-силової мікроскопії (AFM), дослідники імітували атаку на бактерію, застосовуючи ультрагостру голку. «Ми змогли відтворити сценарій, схожий на атаку T6SS іншої бактерії, — пояснює Мітчелл Брюдерлін, аспірант SNI та перший автор дослідження. — Поступово збільшуючи тиск, ми контролювали процес проколювання зовнішньої та внутрішньої мембран». Завдяки комбінації AFM із флуоресцентною мікроскопією команда виявила, що бактерії реагують на пошкодження зовнішньої оболонки блискавично — уже за десять секунд після «атаки» T6SS збирається на місці проколу й завдає удару у відповідь.

«Ми знали, що Pseudomonas aeruginosa використовує T6SS для контратаки, але до цього часу не розуміли, що саме запускає цей процес: контакт із сусідами, токсичні молекули чи просто пошкодження клітини?» — зазначає Марек Баслер. Результати чітко показали, що ключовим тригером є розрив зовнішньої мембрани. Причому бактерія не просто реагує хаотично — вона демонструє вражаючу точність, спрямовуючи свою зброю саме туди, де було завдано удару. Ця здатність до швидкого й локалізованого реагування підкреслює високу ефективність захисних механізмів Pseudomonas.

Експерименти виявилися непростими через розміри об’єкта дослідження. «Раніше ми використовували AFM для аналізу еукаріотичних клітин, таких як клітини людини, — розповідає Родерік Лім. — Але бактерії Pseudomonas удесятеро менші, тому точно націлити голку на потрібну ділянку було справжнім викликом». Незважаючи на складнощі, вчені успішно довели, що механічне пошкодження оболонки є не лише достатньою, а й необхідною умовою для активації T6SS.

У мікробних екосистемах виживання залежить від стратегії, і Pseudomonas aeruginosa демонструє справжню майстерність у цьому мистецтві. «Швидка й цілеспрямована відповідь на локальні атаки мінімізує марні постріли й оптимізує співвідношення витрат і користі», — пояснює Баслер. Така тактика дає бактерії перевагу, дозволяючи їй не лише відбивати напади, а й процвітати в складних умовах. Наприклад, Pseudomonas aeruginosa відома своєю здатністю адаптуватися до різноманітних середовищ, включно з людським організмом, де вона може спричиняти інфекції, особливо в ослаблених пацієнтів.

Ці відкриття мають значення не лише для фундаментальної науки, а й для практичних застосувань. Розуміння того, як бактерії захищають себе та атакують конкурентів, може допомогти в розробці нових антибактеріальних стратегій. Наприклад, цілеспрямоване порушення роботи T6SS може послабити патогенні штами Pseudomonas, які становлять загрозу в медичній сфері. Водночас дослідження підкреслює, наскільки складними й витонченими є мікробні взаємодії, які часто залишаються непомітними для людського ока.

На думку вчених, наступним кроком буде вивчення того, як саме бактерії розпізнають пошкодження та координують складання T6SS із такою швидкістю й точністю. «Наша робота — це лише початок, — додає Баслер. — Ми лише починаємо розкривати таємниці мікроскопічних воєн, які відбуваються прямо перед нами». Ці крихітні бої, що розгортаються на нанорівні, нагадують нам про надзвичайну складність і красу природи, навіть у її найдрібніших проявах.