Молекулярный тормоз для нано-мотора бактериального жгутика

Исследователи из Базельского университета (Швейцария) обнаружили, что бактерии Escherichia coli используют сложную хемосенсорную и сигнальную систему, которая позволяет им точно контролировать вращение жгутикового мотора и, следовательно, регулировать скорость плавания в ответ на изменения в окружающей среде. Результаты исследования, опубликованные онлайн в журнале Cell 18 марта 2010 года, могут способствовать разработке новых стратегий борьбы с персистирующими инфекциями.

Бактерии могут плавать в жидкостях со скоростью до 30 длин своего тела в секунду. Долгое время было известно, что разные виды бактерий плавают с разной скоростью, но не было понятно, является ли это видовой особенностью и могут ли бактерии активно регулировать свою скорость.

Исследовательская группа из Швейцарии и Германии под руководством Алекса Бёма и Урса Йеналя из Биоцентра обнаружила, что E. coli и, вероятно, многие другие бактерии могут активно регулировать скорость плавания.

Это поведение контролируется белком-молекулярным тормозом, который при связывании с бактериальным вторичным мессенджером — циклическим димерным GMP — взаимодействует со специфической субъединицей нано-мотора жгутика и тем самым ограничивает его работу. Внутриклеточная концентрация циклического димерного GMP контролируется сетью сигнальных белков.

Когда бактерии сталкиваются с истощением питательных веществ, эта сеть активируется, производит больше циклического димерного GMP и запускает включение молекулярного тормоза. Поскольку медленное плавание увеличивает вероятность постоянного прикрепления бактериальной клетки к поверхностям, такое поведение может подготавливать бактерии к переходу к сидячему образу жизни.

Колонизация эпителиальных поверхностей в организме человека может привести к образованию устойчивых к антибиотикам и иммунной системе «биоплёнок», которые лежат в основе многих хронических бактериальных инфекций. Таким образом, понимание молекулярных основ колонизации поверхностей и образования биоплёнок может способствовать разработке новых стратегий борьбы с персистирующими инфекциями. Кроме того, открытие механизма торможения жгутикового мотора может быть использовано в биотехнологических приложениях, например, для создания нанонасосов в микрофлюидике или построения клеточных микророботов.