Как бактерии «сверлят» клетки и убивают их

Учёные выяснили, как некоторые вредоносные бактерии «просверливают» клетки, чтобы убить их. Исследование показывает, как бактериальные «нанобуры» собираются на внешней поверхности клеток, и включает первое видео того, как они пробивают отверстия в клеточных мембранах. Работа, опубликованная в журнале eLife, открывает путь к разработке новых лекарств, нацеленных на этот механизм, который задействован в серьёзных заболеваниях. В команду вошли исследователи из UCL, Биркбека (Лондонский университет), Университета Лестера и Университета Монаша (Мельбурн).

Бактериальные нанобуры не имеют вращающихся частей. Это кольцеобразные структуры, собранные из самоорганизующихся молекул токсина. После сборки токсины выдвигают «лезвие» по внутреннему краю кольца, которое прорезает клеточную мембрану, образуя отверстие.

Чтобы определить, как собираются эти кольца, Наталья Дудкина с помощью электронного микроскопа сделала несколько тысяч снимков искусственных клеточных мембран, покрытых токсинами. «Каждое кольцо состояло примерно из 37 копий молекулы токсина. Но помимо полных колец мы также наблюдали дугообразные, неполные кольца», — сказала Дудкина. Проблема была в том, что метод давал лишь «замороженные» снимки разных промежуточных стадий процесса.

Решение заключалось в создании «фильма» о том, что происходит при контакте токсинов с мембраной. Это было сделано с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ) в лаборатории Барта Хогенбума. АСМ использует сверхтонкую иглу для «ощупывания» поверхности, создавая движущееся изображение в реальном времени.

«Было впечатляюще наблюдать, — сказал Карл Леунг. — После первоначальной сборки в дуги и кольца токсины продолжали скользить по поверхности мембраны. Затем они останавливались, погружались в мембрану и начинали выбрасывать материал, который они «просверлили», подобно опилкам при сверлении дерева».

Большим сюрпризом стало то, что для прокалывания мембраны не нужны полные кольца: даже относительно короткие фрагменты способны вырезать отверстия (правда, меньшего размера) и удерживать их открытыми, позволяя бактериям питаться содержимым клетки.

Снимки электронной микроскопии показывают структуру колец в начале и конце процесса, а движущиеся изображения АСМ демонстрируют процесс в динамике.

Это открытие поддерживает разработку новых лекарств, нацеленных на бактериальные нанобуры, для лечения таких заболеваний, как пневмония, менингит и сепсис.