Самоотравление для самосохранения: функция наношприцев у стрептомицетов
Исследователи выявили новую роль молекулярных наношприцев, обнаруженных у продуцирующих антибиотики бактерий Streptomyces.
Эти структуры известны как контрактильные инъекционные системы (Contractile Injection Systems, CIS). Многие бактерии используют их как эффективное оружие для введения токсинов в клетки-конкуренты.
У грамотрицательных бактерий это возможно из-за их тонкой клеточной оболочки, которую CIS могут прокалывать. Однако как и зачем эти молекулярные шприцы существуют и функционируют у более сложных, грамположительных стрептомицетов с их толстой клеточной стенкой, было неизвестно.
Учёные из Центра Джона Иннеса и ETH Zürich использовали комбинацию микробиологии и высокоразрешающей криоэлектронной микроскопии и сделали ряд неожиданных открытий.
Первое открытие: CIS, производимые Streptomyces coelicolor, свободно плавают внутри клеток и не встроены в окружающую клеточную мембрану. Ранее CIS обнаруживали либо встроенными в мембрану (для выстрела наружу), либо высвобожденными во внешнюю среду для атаки других микробов.
Второе открытие: выявлена ранее не описанная у бактерий роль. Свободно плавающие CIS у стрептомицетов способствуют гибели клеток в ответ на внешний стресс.
Команда идентифицировала несколько токсичных молекул, которые загружаются в CIS и помогают уничтожать клетки. В экспериментах с химическим стрессом клетки Streptomyces без CIS погибали реже, чем клетки с функциональными CIS.
Это привело к гипотезе, что CIS играют роль в лизисe старых или повреждённых клеток. Этот механизм может казаться самоубийственным, но на деле даёт два преимущества:
- При гибели клетки высвобождается клеточный материал для переработки, что питает другие клетки колонии.
- Уничтожение клеток или сегментов колонии может ограничить масштаб повреждений в сложной сети гиф Streptomyces, защищая всю колонию.
Соавтор исследования доктор Джозеф Саллмен: «Streptomyces — удивительные бактерии. Наше исследование показало, что они эволюционировали уникальные стратегии самосохранения».
Исследование делает вывод: эта стратегия самоотравления может давать Streptomyces преимущество, обеспечивая выживание и своевременное прохождение жизненного цикла, который тесно связан с производством антибиотиков.
Следующий этап — понять точный механизм действия CIS внутри Streptomyces: как эти свободно плавающие системы привлекаются к мембране старых или стрессированных клеток, чтобы убить их.
Доктор Сьюзан Шлимперт, руководитель группы в Центре Джона Иннеса: «В этой работе мы описываем ранее известный инструмент конкуренции, который у нитчатых стрептомицетов выполняет как минимум две, казалось бы, уникальные функции. CIS влияют на своевременное прохождение жизненного цикла и важны для выживания бактерии в стрессовых условиях».
Исследование опубликовано в журнале Nature Microbiology.