Открыт третий тип движения бактерий с помощью жгутиков у симбионтов
Исследователи из Университета Гакусюин и Национального института AIST обнаружили ранее неизвестный механизм движения симбиотических бактерий жука-вредителя Riptortus pedestris (клопа-черепашки). Бактерии плавают, оборачивая свои жгутиковые филаменты вокруг клеточного тела, что позволяет им эффективно перемещаться по поверхностям, подобным внеклеточному матриксу.
Ключевые открытия
- Обнаружен третий тип жгутикового движения у симбиотических бактерий рода Burkholderia. В отличие от известных типов («бег-кувырок» у E. coli и «вперёд-назад-рывок» у Vibrio), бактерии плавают, обматывая жгутик вокруг тела, подобно буру.
- Этот механизм, вероятно, эволюционно адаптирован для преодоления узких слизистых проходов в организме хозяина. Ранее было показано, что только подвижные штаммы Burkholderia могут пройти через констрикционный канал между кишечником клопа и его симбиотическим органом.
- Движение с обёрнутым жгутиком менее эффективно в вязкой жидкости (скорость снижается примерно вдвое), но позволяет бактериям не прилипать и перемещаться по твёрдым поверхностям, таким как стекло, в то время как E. coli в аналогичных условиях обездвиживается.
- Аналогичный тип движения обнаружен и у другого симбионта — биолюминесцентной бактерии Aliivibrio fischeri, живущей в кальмаре-бобтейле. Это указывает на возможную распространённость механизма среди разных симбиотических систем.
Методология
- Для визуализации ультратонких жгутиков (~20 нм в диаметре) использовали флуоресцентное окрашивание клеток и высокоскоростную съёмку (400 кадров/с) на сверхчувствительную EMCCD-камеру.
- Для моделирования вязкой среды внутри хозяина применяли метилцеллюлозу.
- Наблюдения вблизи поверхности проводили с помощью микроскопа полного внутреннего отражения (TIRF).
Механизм и значение
- Переключение на движение с обёрнутым жгутиком происходит при смене направления вращения жгутика с против часовой стрелки на по часовой стрелке. Однако одна лишь смена направления не объясняет уникальность механизма.
- Предполагается, что обёрнутый жгутик, вращаясь, идеально входит в неровности поверхности, создавая тягу для эффективного «скольжения» по поверхностям внеклеточного матрикса.
- Открытие позволяет по-новому взглянуть на роль подвижности в установлении симбиоза и может привести к разработке новых методов борьбы с вредителями через предотвращение заражения симбионтами.
Будущие исследования
- Структурный и генетический анализ белков, ответственных за запуск третьего типа движения.
- Изучение жгутикового движения внутри организма хозяина для проверки, происходит ли переключение между типами движения в специфичных областях кишечника клопа.
- Определение, какой тип движения более эффективен для прохождения через констрикционный канал.
Исследование опубликовано в журнале The ISME Journal.