Метод визуализации высокого разрешения раскрывает новые детали о движении и генетическом обмене бактерий

Ученые совершили ключевой прорыв в понимании того, как бактерии перемещаются и осуществляют генетический обмен. Это открытие может потенциально привести к разработке новых противомикробных препаратов.

Исследователи из Института живых систем Университета Эксетера и Университета Франкфурта сделали важное открытие, касающееся структур длинных нитевидных выростов на поверхности бактерий — пилей IV типа.

Известно, что пили IV типа играют важную роль в распространении бактерий и формировании биопленок посредством движения, генетического обмена, адгезии и коммуникации между клетками.

Генетический обмен происходит, когда клетки поглощают ДНК — молекулу, кодирующую генетическую информацию организма, — из окружающей среды. Обмен ДНК играет жизненно важную роль в способности бактерий вырабатывать устойчивость к лечению. Например, гены устойчивости к антибиотикам могут передаваться, делая лечение неэффективным.

В этом новом исследовании ученые обнаружили, что бактерия Thermus thermophilus может продуцировать два типа пилей IV типа: один специализирован для движения, а другой — для генетического обмена.

Это новаторское исследование может позволить ученым нацеливаться на эти две функции независимо, например, разрабатывая новые препараты, которые останавливают движение бактерий или предотвращают развитие у них устойчивости к антибиотикам.

Исследование опубликовано в ведущем журнале Nature Communications 6 мая 2020 года.

Доктор Викки Голд, старший преподаватель Университета Эксетера и ведущий автор статьи, сказала: «Теперь важно исследовать, является ли это явление универсальным принципом, встречающимся у других бактерий, экспрессирующих пили IV типа. Это проложит путь для разработки противомикробных средств, направленных на конкретный механизм».

Пили IV типа — это выросты, обнаруженные по всей поверхности бактериальной клетки, состоящие из тысяч копий одного белка.

В новом исследовании ученые использовали криоэлектронную микроскопию, чтобы определить структуры обоих типов пилей с беспрецедентной детализацией. Этот метод позволил исследователям получить множество детальных изображений структур в разных ориентациях для создания подробной 3D-картины.

Открытие того, что один из пилей состоит из ранее не охарактеризованного белка, означает, что ученые могут нацеливаться на разные функции, чтобы определить, что важно для микробного распространения и генетического обмена.

В результате они могут проводить эксперименты, чтобы увидеть, насколько хорошо бактерии размножаются или поглощают ДНК, когда формирование определенного типа пилей искусственно нарушено.

Александр Нойхаус, первый автор исследования, также из Университета Эксетера, сказал: «Будет интересно выяснить, как именно два пиля выполняют свои различные функции и как бактерии контролируют их производство. Знание этих механизмов может привести к новым стратегиям борьбы с бактериальной инфекцией».

Статья «Cryo-electron microscopy reveals two distinct type IV pili assembled by the same bacterium» опубликована в Nature Communications 6 мая 2020 года.