Новое исследование объясняет необычайную устойчивость смертоносной бактерии

Исследователи из Университета Мэриленда выяснили, как патогенная бактерия Pseudomonas aeruginosa использует активируемые натяжением мембранные каналы, чтобы предотвратить набухание и разрыв при внезапном воздействии воды. Исследование, которое будет опубликовано 19 апреля в The Journal of General Physiology, помогает объяснить, как эта бактерия — основная причина внутрибольничных инфекций — сохраняется в самых разных условиях.

P. aeruginosa обладает замечательной адаптивностью. Она естественным образом встречается в почве и пресной воде, но также может процветать на влажных поверхностях медицинского оборудования, вызывая оппортунистические инфекции у пациентов с ослабленным иммунитетом, приводя к опасным для жизни состояниям, таким как пневмония или сепсис.

Одна из причин адаптивности P. aeruginosa — её способность выживать при резких изменениях содержания воды в окружающей среде. Например, дождь создаёт проблему для бактерий, так как разбавляет среду вокруг клетки, заставляя воду проникать внутрь посредством осмоса. Такие «осмотические удары» могут вызвать набухание и разрыв клеток, но некоторые бактерии, включая кишечную палочку Escherichia coli, имеют в своих клеточных мембранах механочувствительные каналы, которые открываются, как только клетка начинает набухать, позволяя малым растворённым молекулам — осмолитам — выходить. Это снижает осмотический градиент, вызывающий приток воды. E. coli имеет два типа механочувствительных каналов: MscS (высвобождает умеренное количество осмолитов при низком натяжении мембраны) и MscL (активируется при более высоком натяжении для высвобождения больших количеств осмолитов).

Сергей Сухарев и его коллеги обнаружили, что P. aeruginosa переносит значительно более сильные осмотические удары, чем E. coli. Клетки P. aeruginosa были менее проницаемы для воды и быстрее высвобождали осмолиты. Более низкая проницаемость для воды даёт клеткам больше времени на реакцию, а быстрое высвобождение осмолитов позволяет бактерии терять до 20% своего сухого веса всего за 28 миллисекунд.

Исследователи установили, что P. aeruginosa экспрессирует один канал MscL-типа и два канала MscS-типа. Канал MscL-типа преобладает и присутствует в мембранах P. aeruginosa в более высокой плотности, чем его аналог в E. coli, что позволяет высвобождать больше осмолитов. Однако два канала MscS-типа также важны: они активируются раньше в ответ на набухание и, высвобождая умеренное количество осмолитов, могут снижать натяжение мембраны, предотвращая избыточное высвобождение осмолитов через каналы MscL.

«Эти результаты приближают нас к механистическому пониманию физиологического ответа на осмотические удары, — говорит Сухарев. — Они также помогают объяснить более высокую осмотическую стабильность высокоадаптивной P. aeruginosa по сравнению с кишечной E. coli».