Новый метод изучения бактериальных инфекций в естественной среде

Учёные из Бристольского университета разработали новый подход для изучения молекул в их естественной среде, что открывает путь к пониманию сложного процесса бактериального заражения клеток.

Суть метода

Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), объединило биохимию, микробиологию и физику. Ранее изучение инфекций фокусировалось либо на клетках, либо на отдельных молекулах. Новый метод позволяет исследовать молекулы непосредственно на поверхности живой бактерии.

Объект и проблема

Учёные изучали бактерию Moraxella catarrhalis — возбудителя отита у детей и серьёзной патологии у пациентов с болезнями сердца. Ключевой белок на её поверхности, UspA1, инициирует инфекцию. Однако все предыдущие модели были основаны на изучении изолированного белка, а не в его естественном окружении на клеточной поверхности.

Технологическая основа

Для решения этой проблемы команда профессоров Лео Брэди и Мумтаза Вирджи объединилась с физиком доктором Массимо Антогнози. Они использовали и усовершенствовали новый тип атомно-силового микроскопа — латеральный молекулярно-силовой микроскоп (LMFM).

Принцип работы LMFM:

  • В отличие от обычных микроскопов, образец (отдельные клетки) "простукивается" об исключительно тонкий рычаг, подобно игле проигрывателя.
  • Используются сверхтонкие, но жёсткие кантилеверы, прецизионные двигатели и специализированная система визуализации.
  • Высокая чувствительность достигнута благодаря размещению прибора в здании Нанонауки и квантовой информации университета с крайне низким уровнем вибраций.

Результаты

Эта технология позволила:

  1. Сопоставить атомарные детали структуры белка UspA1 (полученные методом рентгеновской кристаллографии) с физическими изменениями на поверхности живой бактериальной клетки.
  2. Наблюдать первые реакции в момент связывания бактерии с человеческой клеткой.

Профессор Брэди отметил: "Этот прорыв, несомненно, окажется столь же полезным для изучения многих других биологических процессов непосредственно в их клеточной среде, что давно необходимо в молекулярной медицине".