Учёные получили лучшую на сегодняшний день визуализацию бактерии E.coli
Коллаж из общего вида E.coli и фрагмента мембраны с «порами»
В ходе исследования особенностей мембраны грамотрицательных бактерий американские и английские учёные сделали лучшую на сегодняшний день визуализацию бактерии E.coli (кишечная палочка). Благодаря ей исследователи смогли установить несколько важных ранее неизвестных особенностей в строении мембраны, способных улучшить существующие методы лечения бактериальных инфекций.
Внешняя бактериальная мембрана представляет собой липидный бислой, на внешней стороне которого находятся липополисахариды, на внутренней — фосфолипиды. Её пронизывают бета-цилиндрические белки порины, образуя при этом отверстия, через которые проходят вода и мелкие гидрофильные молекулы. Внешняя мембрана имеет ряд важных функций, в том числе она защищает бактерию от попадания антибиотиков и других агрессивных по отношению к ней веществ.
Чтобы лучше изучить структуру мембраны, авторы прибегли к методу атомно-силовой микроскопии. Принцип работы сканирующего атомно-силового микроскопа основан на регистрации силового взаимодействия между изучаемым объектом и зондом. В данном случае зонд — наноразмерное остриё, расположенное на конце гибкого кантилевера. Действующая на зонд сила «прижимает» наноостриё к объекту и приводит к изгибу кантилевера. При появлении неровностей на поверхности объекта изгиб меняется.
Таким образом, наноостриё многократно «тычет» в объект исследования. Устройство на основе изменения изгиба кантилевера устанавливает форму объекта. Этот же метод использовали ещё в 2011 году для визуализации вирусов. В наши дни благодаря атомно-силовой микроскопии учёным удалось получить лучшую на текущий момент визуализацию бактерии E.coli. Авторы просканировали разные участки бактерии, а потом склеили полученные визуализации в единое изображение, учитывая положение и характеристики поверхности.
Ниже представлен образец визуализации с портала Sciencealert, взятый из исследования учёных. Работы, на которую ссылается Sciencealert и участвовавший в исследовании Университетский колледж Лондона, в журнале PNAS уже нет. В связи с этим пока нет возможности конкретнее описать метод визуализации и условия, при которых она происходила. Ещё немного скриншотов есть в публикации от N+1. Статья учёных была опубликована 25 октября под названием Phase separation in the outer membrane of Escherichia coli под DOI: 10.1073/pnas.2112237118.
Несколько визуализаций из исследования, представленные порталом Sciencealert
При тщательном изучении изображений авторы обнаружили, что вся поверхность очень плотно покрыта отверстиями, образованными поринами. При этом «поры» распределены очень неравномерно. Плотная сеть поринов «разрывается» участками липополисахаридов, способных объединяться и разъединяться, образуя при этом пробелы в сети разных размеров. Капли липополисахаридов покрывают порины и «кочуют» по поверхности внешней мембраны.
Пунктиром выделены участки с липополисахаридами
По предположению авторов, кочующие липополисахариды обеспечивают эластичность мембраны. Кроме того, они могут способствовать появлению на поверхности других элементов мембраны, например, фосфолипидов. Причём характер их распределения зависит от штамма бактерии, если точнее — от делеции фосфолипазы и работы путей Mla, через которые фосфолипиды проходят к поверхности мембраны. Ниже представлены примеры внешней мембраны разных штаммов E.coli с разными показателями делеции.
В будущем авторы планируют выяснить, как указанные особенности мембраны влияют на устойчивость бактерий к различным препаратам и в целом на их физиологию. Кроме того, с помощью полученных данных авторы планируют определить точный механизм образования плотного менее гибкого защитного барьера, при котором по неизвестной пока причине бактерия сохраняет возможность быстрого роста.
