Исследователи предсказали и подтвердили, как бактерии E. coli захватывают механизм направления клеток

Работая в новой области системной биологии, исследователи из Медицинского центра UT Southwestern математически предсказали, как вызывающие пищевое отравление бактерии захватывают чувство направления клетки, а затем подтвердили эти предсказания в живых клетках.

Исследование предложило новую модель, объясняющую, как клетки млекопитающих устанавливают чувство направления, необходимое для движения, а также механизм, который использует патогенная форма бактерий E. coli для захвата этой способности. Клеткам необходимо ориентироваться для нескольких базовых процессов, таких как пространственное разделение биохимических реакций и, в случае иммунных клеток, преследование патогенов. Важно, что нарушение чувства направления клетки часто приводит к заболеваниям человека.

«Это отличный пример того, как ученые из разных областей исследований объединяются для решения сложной и важной биологической проблемы», — сказал д-р Нил Альто, доцент микробиологии и старший автор исследования, опубликованного 17 февраля в журнале Cell.

Системная биология стремится открыть и понять «теорию цепей» для биологии — набор мощных и предсказательных принципов, которые покажут, как сети биологических компонентов соединены для проявления сложных свойств живых существ. Эта быстро развивающаяся область требует экспертов из нескольких научных дисциплин — включая биологию, физику, математику и информатику — для создания моделей биологических систем, учитывающих как отдельные части, так и их взаимодействие друг с другом и с изменениями в окружающей среде.

Ученые из отдела микробиологии UT Southwestern и недавно расширенного Комплексного центра молекулярной, вычислительной и системной биологии им. Сесила Х. и Иды Грин объединились для совместного изучения проблемы. Изначально они разработали математическую модель своей гипотезы о том, как клетка будет реагировать во время инфекции, вызванной E. coli, а затем проверили свои вычислительные предсказания на живых клетках.

«Бактерии вводят белковые молекулы в клетки человека с помощью иглы и шприца», — сказал д-р Альто. «Клетка человека реагирует, создавая локальное выпячивание мембраны, богатое актином, в том месте, где бактерия прикрепляется к клетке».

Для нормального движения здоровых клеток эти полимеры актина отталкиваются от мембраны клетки, выпячивая и продвигая клетку в том или ином направлении. Однако, когда молекулы E. coli вводятся, полимеры актина устремляются к месту инфекции и помогают бактериальным молекулам как перемещаться внутри клетки, так и устанавливать внутренний очаг инфекции.

Роберт Орчард, аспирант по микробиологии и ведущий автор исследования, сказал: «Спросив: "Как бактериальный патоген извне клетки регулирует динамику актина клетки-хозяина внутри клетки?", мы обнаружили принципиально новую молекулярную цепь, участвующую в полярности клеток млекопитающих и бактериальной инфекции. Эти результаты дают новое понимание регуляторных механизмов, контролирующих как болезнетворные агенты, так и нормальное поведение клеток млекопитающих».