Учёные впервые увидели, как бактерии «гарпунят» ДНК для ускорения эволюции

Учёные из Университета Индианы впервые напрямую наблюдали ключевой этап процесса, который позволяет бактериям быстро эволюционировать и приобретать новые свойства, включая устойчивость к антибиотикам.

Используя методы, разработанные в IU, исследователи зафиксировали первые изображения бактериальных выростов — более чем в 10 000 раз тоньше человеческого волоса — в момент, когда они вытягиваются, чтобы захватить ДНК. Эти фрагменты ДНК затем могут быть включены в собственный геном бактерии через процесс, называемый захватом ДНК или «горизонтальным переносом генов».

Работа опубликована 11 июня в журнале Nature Microbiology.

«Горизонтальный перенос генов — важный путь распространения устойчивости к антибиотикам между видами бактерий, но этот процесс никогда ранее не наблюдали, поскольку задействованные структуры невероятно малы», — сказал старший автор Анкур Далия.

В исследовании использовалась бактерия Vibrio cholerae, вызывающая холеру. Структуры, используемые для захвата ДНК из окружающей среды, — это чрезвычайно тонкие, похожие на волосы выросты, называемые пилями.

Чтобы наблюдать пили в действии, учёные использовали новый метод, изобретённый в IU, чтобы «окрасить» и пили, и фрагменты ДНК специальными светящимися красителями.

Исследование показало, что пили действуют как микроскопические «гарпунеры»: они выбрасывают свою «леску» через поры в клеточной стенке, чтобы «пронзить» свободный фрагмент ДНК самым кончиком. Затем пили «наматывают» ДНК в бактериальную клетку через ту же пору.

Пора настолько мала, что ДНК, чтобы пройти через отверстие в клетку, должна сложиться вдвое. «Это как вдеть нитку в иголку», — сказала первый автор работы Кортни Эллисон.

Далее команда планирует изучить, как именно пили «зацепляются» за ДНК в нужном месте, особенно поскольку задействованный в этом процессе белок, по-видимому, взаимодействует с ДНК совершенно новым способом.