Получены самые подробные изображения живых бактерий крупным планом

Исследователи применили мощные микроскопы к защитной “коже“ бактерий, вглядываясь в глубину того, как устроена эта мембрана, открывая больше деталей, чем когда-либо прежде.

У грамотрицательных бактерий, таких как Escherichia coli (кишечная палочка), есть внешние мембраны, которые удерживают их внутренности на месте и защищают их от суеты бактериальной жизни. Эти мембраны содержат невероятный набор инструментов, включая белки внешней мембраны и токсины, такие как липополисахариды, проникающие на поверхность.

Но как только вы это узнаете, возникает больше вопросов - как сочетаются все эти сказочные качества? Каково соотношение “шипов“ к мембране у всей бактерии? Вот тут-то и пригодится новое исследование. “Наружная мембрана представляет собой серьезный барьер против антибиотиков и является важным фактором, делающим инфекционные бактерии устойчивыми к медикаментозному лечению. Однако остается относительно неясным, как устроен этот барьер, поэтому мы решили изучить его так подробно“, - объяснил биофизик и старший автор Университетского колледжа Лондона Барт Хугенбум.

“Изучая живые бактерии от молекулярного до клеточного, мы можем увидеть, как мембранные белки образуют сеть, охватывающую всю поверхность бактерий, оставляя небольшие промежутки для участков, не содержащих белка“.

Исследователи использовали атомно-силовой микроскоп для этой задачи, который представляет собой микроскоп, который непрерывно протыкает поверхность мембраны, чтобы определить, как выглядит ее форма. Это немного похоже на чтение шрифта Брайля, только с лазером вместо кончиков пальцев.

Затем команда создала прекрасное изображение бактериальной мембраны - которое они называют самым резким изображением из когда-либо существовавших живых бактерий - показывающее плотность белков внешней мембраны на поверхности.

Как вы можете видеть на изображении выше, на поверхности много крошечных отверстий. Это бета-стволовые белки, называемые поринами, которые образуют туннели через мембрану бактерий, позволяя молекулам диффундировать. Между тем, небольшие участки гладкой поверхности - это липополисахариды, которые могут расширяться по мере роста клетки.

“Мы пришли к выводу, что внешняя мембрана представляет собой мозаику из разделенных по фазам богатых липополисахаридами и богатых белками областей внешней мембраны, поддержание которых важно для целостности мембраны и, следовательно, для образа жизни грамотрицательных бактерий“, - пишет команда.

Конечно, ученые не смотрят на кишечную палочку в огромные микроскопы просто для удовольствия, как бы хорошо это ни было. У нас есть веские причины нуждаться в таком детальном понимании. “Хрестоматийное изображение бактериальной внешней мембраны показывает белки, распределенные по мембране беспорядочно, хорошо смешанные с другими строительными блоками мембраны. Наши изображения демонстрируют, что это не так, но липидные пятна отделены от белков, точно так же, как масло отделяется от воды, в некоторых случаях образуя щели в панцире бактерий“, - объясняет первый автор и биохимик UCL Джорджина Бенн.

“Этот новый взгляд на внешнюю мембрану означает, что теперь мы можем начать исследовать, имеет ли и как такой порядок значение для функции мембраны, целостности и устойчивости к антибиотикам“. Команда будет исследовать, как мы можем использовать эти новые знания, чтобы перехитрить устойчивость к противомикробным препаратам у грамотрицательных бактерий, таких как кишечная палочка.