Новые методы визуализации межклеточной коммуникации бактерий

Большинство бактерий способны общаться друг с другом, выделяя сигнальные молекулы. Когда концентрация сигналов достигает критической плотности («кворума»), бактерии могут координировать своё поведение. Только при достижении этой критической плотности популяции активируются определённые гены, которые приводят, например, к образованию биоплёнок или экспрессии факторов вирулентности. Бактерии используют это так называемое «чувство кворума» (Quorum Sensing, QS), чтобы синхронизировать поведение и регулировать функции, полезные для всей популяции.

Наиболее часто используемыми сигнальными молекулами являются N-ацил-L-гомосеринлактоны (AHL), которые бактерии выделяют в окружающую среду, откуда их могут легко поглотить другие клетки. AHL начинают связываться со специфическими QS-рецепторами, как только достигают определённой концентрации внутри клетки.

Флуоресцентная метка сигнального соединения для визуализации рецепторов

Исследовательские группы под руководством профессора Карла Гадерманна (Базельский университет) и профессора Лео Эберла (Цюрихский университет) добились успеха в визуализации путей межклеточной коммуникации в живых клетках. Учёные добавили флуоресцентные метки к природным AHL сигнальным молекулам и смогли показать в тестах с бактериальными культурами, что модифицированная сигнальная молекула избирательно связывается с QS-рецептором Burkholderia cenocepacia.

B. cenocepacia — член группы бактерий, известных образованием биоплёнок в лёгких людей с ослабленным иммунитетом или пациентов, страдающих муковисцидозом, что вызывает тяжёлые осложнения, такие как пневмония.

Учёные также смогли обнаружить рецептор в нативной популяции B. cenocepacia. В этом случае природная сигнальная молекула AHL конкурирует со своим искусственным аналогом за связывание с рецептором. Флуоресцентный агент равномерно распределялся по живой клетке, что впервые позволило локализовать рецептор внутри цитоплазмы.

Широкие возможности применения

Использование флуоресцентно меченых аналогов AHL представляет собой оперативно простой инструмент для визуализации QS-рецепторов в живых клетках. Таким образом, этот новый метод может быть использован для широкого спектра применений, например, для быстрого анализа QS в различных экологических и клинических образцах. Кроме того, он может привести к лучшему пониманию коммуникации между бактериями и хозяином, а также межклеточной коммуникации в бактериальных популяциях.