Секреты чумы раскрыты
Исследователи из Национальных лабораторий Сандия в Альбукерке, Нью-Мексико, продемонстрировали возможности новой техники суперразрешающей микроскопии — Stochastic Optical Reconstruction Microscopy (STORM). Этот метод позволяет одновременно визуализировать несколько молекул в живых иммунных клетках, преодолевая так называемый дифракционный барьер.
На 55-й ежегодной встрече Биофизического общества в Балтиморе, Мэриленд, Джесси Аарон и Джерилин Тимлин представили, как с помощью STORM они выявили изменения в концентрации определённых белков в мембранах человеческих иммунных клеток при встрече с токсинами E. coli. При этом аналогичных изменений не наблюдалось при контакте клеток с токсинами Y. pestis — бактерии, вызывающей чуму.
Эта работа важна, поскольку объясняет, почему наш организм часто способен естественным образом бороться с некоторыми бактериями (например, E. coli), в то время как возбудитель чумы обходит нашу иммунную систему. Такие различия обнаружены впервые, поскольку подобные молекулярные изменения слишком малы для традиционных методов визуализации, ограниченных дифракционным пределом — минимальным размером деталей, различимых в видимом свете.
«Это способ визуализировать биологические образцы с разрешением, которое исторически считалось недостижимым», — говорит Джесси Аарон, постдокторант в Сандии.
Учёные смогли увидеть организацию ключевого рецепторного белка человека — TLR4, который находится на поверхности иммунных клеток. Эти рецепторы распознают липополисахарид (LPS) — токсичное вещество, маркирующее присутствие определённых типов бактерий. Белки TLR4 являются важными медиаторами раннего, «врождённого» иммунного ответа на подобные инфекции.
«Клеточная мембрана — сложная, гетерогенная система. Часто множество белков взаимодействуют друг с другом одновременно, и масштаб этих взаимодействий намного меньше дифракционного предела, — поясняет Джерилин Тимлин, ведущий учёный в лабораториях Сандия. — До появления методов суперразрешения не было возможности визуализировать эти взаимодействия».
Используя новую систему одновременной двухцветной визуализации на основе STORM, объективный TIRF-микроскоп и фильтровый сплиттер изображений, исследователи показали, как организуются рецепторы TLR4 после встречи с бактериальным LPS.
Разрешив эти молекулярные взаимодействия на уровне около 40 нанометров (примерно в 10 раз точнее, чем максимальное разрешение световых микроскопов), они обнаружили, что рецепторы TLR4 кластеризуются при обнаружении токсина. Учёные сравнили это поведение для токсинов разных бактерий, включая Y. pestis.
Когда рецепторы TLR4 сталкиваются с токсинами E. coli, их количество на клеточной мембране увеличивается, и они образуют кластеры. Эти изменения видны только ниже дифракционного предела и не обнаруживаются обычными методами визуализации. Для токсинов Y. pestis такая кластеризация выражена значительно слабее, что, вероятно, и позволяет чумной палочке уклоняться от иммунного ответа.