Нановолокна помогают бактериям Leptothrix cholodnii формировать нити и закрепляться в сообществе

Бактерия Leptothrix cholodnii, обитающая в богатых минералами водоёмах, сталкивается с жёсткой конкуренцией в микробных сообществах. Чтобы закрепиться в таких "слизистых" матах, она образует длинные жёсткие нити, которые становятся частью структуры сообщества.

В исследовании, опубликованном в ACS Nano, учёные из Университета Цукубы использовали микрофлюидные камеры, чтобы визуализировать L. cholodnii и изучить роль нановолокон в формировании нитей. Понимание этого процесса может помочь в использовании таких бактерий для создания новых аморфных оксидов железа для анодов литий-ионных батарей или промышленного извлечения пигментов и тяжёлых металлов.

Нити L. cholodnii состоят из цепочек клеток, изначально окружённых мягкой оболочкой из тысяч переплетённых волосоподобных структур — нановолокон. При формировании нити бактерии выделяют белки, окисляющие железо и марганец в воде. Образующиеся оксиды металлов накапливаются в нановолокнах, заставляя их затвердевать в микртрубку. Нановолокна также могут инкорпорировать драгоценные металлы: золото, серебро, титан и цирконий. Однако точная роль нановолокон в формировании нити была неизвестна.

«Поскольку микробные маты часто образуются на дне ручьёв, мы использовали микрофлюидные камеры, чтобы воссоздать условия проточной воды», — поясняет ведущий автор Тацуки Куно. — «Мы позволили отдельным клеткам попасть в камеры, а затем с помощью покадровой съёмки, прерывистого флуоресцентного окрашивания нановолокон и атмосферной растровой электронной микроскопии изучили поведение отдельных клеток и развивающихся многоклеточных нитей».

Исследователи показали, что нановолокна необходимы для прикрепления бактериальных клеток к твёрдым поверхностям, что требуется для формирования нити. Это наблюдение подтвердилось на варианте L. cholodnii, лишённом оболочки и не продуцирующем нановолокна: такие клетки свободно перемещались по камере на протяжении всего эксперимента, не способные прикрепиться или сформировать нить.

«Флуоресцентно окрашивая нановолокна, мы могли отслеживать их распределение на поверхности бактериальной клетки», — говорит доктор Куно. — «Интересно, что расположение нановолокон, по-видимому, диктует направление роста нити: при одностороннем удлинении нановолокна были сгруппированы вокруг неделящегося конца клетки, а при двустороннем — присутствовали только вокруг центральной части клетки».

Учёные также заметили, что нановолокна были плотно переплетены вокруг зрелых участков растущих нитей, но образовывали более открытую сеть вокруг недавно разделившихся клеток.

Новые данные о роли нановолокон в развитии нитей могут позволить адаптировать L. cholodnii для промышленного применения, такого как биоремедиация, извлечение тяжёлых и драгоценных металлов и изготовление микропроводов.