Теперь исследователи EPFL обнаружили, что бактерии Pseudomonas используют механизм, похожий на наше осязание, для навигации по поверхностям. «Это исследование меняет наши представления о подвижности бактерий», – говорит старший автор Александр Персат, доцент Школы естественных наук EPFL.
Ученые знали, что клетки людей и других животных могут направлять себя в сторону более жестких или более рыхлых поверхностей, но было неясно, могут ли бактерии также направлять свое движение на основе механической силы, говорит Персат. Это потому, что большинство исследований было сосредоточено на выявлении механизмов, которые заставляют бактерии плыть к химическим веществам, таким как еда, явление, известное как хемотаксис.
Вместо этого исследования в лаборатории Persat были сосредоточены на том, как бактерии чувствуют механические силы и реагируют на них. Предыдущие исследования показали, что пилус Pseudomonas работает как гарпун: после того, как он расширяется и касается поверхности, пилус активирует молекулярный мотор, который втягивает нить, тем самым продвигая клетку вперед.
Чтобы понять, что координирует двигатели пилей, исследователи из группы Persat и их сотрудники из Калифорнийского университета в Сан-Франциско изучили, как отдельные бактерии Pseudomonas перемещаются по таким поверхностям, как дно лабораторной чашки.
Команда заподозрила, что подергивание регулирует сеть белков, называемая системой Chp, поэтому они проанализировали бактерии, у которых отсутствовали различные компоненты системы Chp. Некоторые из этих мутантных бактерий едва могли двигаться, поскольку они продолжали дергаться взад и вперед; другие всегда двигались вперед, даже когда натыкались на препятствие.
Объединив флуоресцентные метки с техникой микроскопии, которая помогает изучать отдельные пили в живых клетках, исследователи обнаружили, что один белок-мессенджер активирует пили для расширения, продвигая клетку вперед, тогда как другой белок ингибирует образование пилей в передней части движущаяся ячейка. Два противоположных посланника не находятся в одном и том же месте в камере. «Активатор локализуется спереди, где клетка ощущает поверхность своими пилами, в то время как ингибитор локализуется повсюду», – говорит соавтор исследования Марко Ку?hn.
Исследователи обнаружили, что когда бактерии натыкаются на препятствие, такое как другая клетка, ингибитор позволяет им остановиться и изменить направление. «Это помогает клеткам ориентироваться в зависимости от того, что они чувствуют перед собой – как слепой, использующий белую трость», – говорит Персат. Он добавляет, что способность чувствовать окружающую среду полезна, когда бактерии движутся как группа, поскольку это помогает микробам ползти вперед в одном направлении.
Результаты, опубликованные в PNAS, проливают свет на то, как перемещаются бактерии, и могут иметь важные последствия для здоровья человека.
Pseudomonas aeruginosa, условно-патогенный микроорганизм, который обычно встречается в почве, является основной причиной внутрибольничных инфекций. Агрегаты бактерий Pseudomonas обычно образуются на таких поверхностях, как катетеры и респираторы, и могут быть чрезвычайно устойчивыми к дезинфицирующим и противомикробным препаратам.
Более того, прошлые исследования группы Persat показали, что Pseudomonas использует свои пили для регулирования секреции токсинов. По этой причине, более глубокое понимание «осязания» микробов может помочь в разработке новых терапевтических стратегий, говорит Персат.
Затем исследователи стремятся раскрыть, как бактерии превращают механический стимул в клеточную реакцию, говорит соавтор исследования Лоренцо Тала. «Мы хотели бы понять молекулярный механизм, лежащий в основе осязания [бактерий]», – говорит он.