Взрывы клеток — новый механизм секреции и адгезии у бактерий

Международная команда исследователей обнаружила ранее неизвестный феномен — взрывной лизис клеток, который играет ключевую роль в образовании мембранных везикул и формировании биоплёнок у бактерий. Исследование опубликовано в Nature Communications.

Суть открытия

• Мембранные везикулы — сферические структуры, образующиеся из бактериальных мембран и содержащие белки, ДНК и РНК. Они важны для вирулентности бактерий, участвуют в инвазии, секреции и формировании биоплёнок.
• Ключевая проблема: было неясно, как бактерии высвобождают внеклеточную ДНК (вкДНК) и структурные белки для построения биоплёнок.

Как это происходит

При помощи микроскопии живых клеток патогенной бактерии Pseudomonas aeruginosa учёные увидели, что клетки быстро меняют форму с палочковидной на округлую и взрываются.

«Клетки теряют структурную целостность за 5–10 секунд, — объясняет автор-корреспондент Синтия Уитчерч, — и взрыв высвобождает клеточное содержимое, включая вкДНК, белки и фрагменты мембраны».

С помощью микроскопии сверхвысокого разрешения было сделано неожиданное наблюдение: фрагменты мембраны от взорвавшихся бактерий сворачиваются, образуя мембранные везикулы, которые захватывают вкДНК и другие компоненты. Ранее считалось, что везикулы образуются путём выпячивания мембраны с поверхности клетки.

Механизм и регуляция

• Причина взрывов — фермент Lys, который используют бактериофаги для разрушения клеточной стенки хозяина. Мутантный штамм бактерий, неспособный производить Lys, не образовывал вкДНК и мембранные везикулы.
• Стресс запускает процесс: воздействие на клетки антибиотиков или агентов, повреждающих ДНК, стимулировало экспрессию гена, кодирующего Lys, и индуцировало взрывной лизис.

«Это показывает, что бактериальный "SOS-ответ" запускает взрывной лизис в ответ на неблагоприятные условия среды», — говорит соавтор Лео Эберл.

Значение открытия

Этот механизм может позволять бактериям высвобождать важные клеточные факторы для использования микробным сообществом как «общественное благо». Понимание его регуляции может быть использовано для подавления формирования биоплёнок патогенными бактериями.