Белок, определяющий спиральную форму бактерий, обнаружен в исследовании

Бактерии имеют удивительное разнообразие форм. Помимо палочковидных представителей, таких как широко известная модель E. coli, существуют многочисленные изогнутые и даже спиралевидные бактерии. Кривизна имеет решающее значение для способности бактерий колонизировать поверхности и двигаться в вязких средах — а значит, и для способности вызывать заболевания, как в случае с Vibrio cholerae или Helicobacter pylori.

Международная исследовательская группа под руководством профессора Марбургского университета (Германия) Мартина Танбихлера получила новые данные о форме фотосинтезирующей бактерии Rhodospirillum rubrum. Этот вид широко распространен в окружающей среде и имеет биотехнологический потенциал, поскольку может утилизировать монооксид углерода, фиксировать азот и производить как водород, так и строительные блоки для биопластиков.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Ученые с удивлением обнаружили, что у Rhodospirillum два так называемых порина — каналообразных белка, которые ранее считались ответственными только за обмен питательными веществами через внешнюю мембрану бактерий, — расположены по спирали на внешней кривизне клетки. Эти структуры тесно связаны с клеточной стенкой через другой белок, липопротеин PapS. Когда PapS отсутствовал или когда исследователи блокировали его связывание с поринами, клетки становились полностью прямыми.

Порины с двойной функцией

Порины, по-видимому, эволюционировали, чтобы выполнять вторую функцию помимо обмена питательными веществами. Вместе с PapS они контролируют движение молекулярной машины, которая перемещается по кругу вокруг клеточного тела. Эта машина встраивает новый материал в существующую клеточную стенку, что приводит к удлинению клетки.

У палочковидных бактерий, таких как E. coli, эта машина движется равномерно по всем участкам клетки, что приводит к прямой форме. У R. rubrum, напротив, спиральная структура Porin-PapS образует своего рода молекулярную клетку. Из-за плотной упаковки она окружает машину, отвечающую за продольный рост клетки, и частично фиксирует её на внешней кривизне клетки. Это приводит к локальному увеличению удлинения клетки вокруг структуры Porin-PapS, что в конечном итоге изгибает клеточное тело в спиральную форму.

Исследование, в котором команда из Марбурга сотрудничала с учеными из Киля, Фрайбурга, Англии и Австралии, раскрыло новый механизм определения формы у бактерий, основанный на прямом влиянии белков внешней мембраны на пространственный контроль роста клеток. Полученные данные, вероятно, применимы ко всем изогнутым родственникам Rhodospirillum.

«Теперь у нас есть возможность модифицировать форму клетки R. rubrum. Это даст нам возможность изучить селективное преимущество спиральной формы клетки для бактерий в их среде обитания», — говорит первый автор исследования Себастьян Пёль. Это может дать важное представление о том, как форма клетки влияет на колонизацию экологических ниш, установление симбиотических взаимодействий с растениями или возникновение заболеваний.