Вчені з UCL зробили найчіткіші зображення живих бактерій, які показали складну архітектуру захисного шару, який оточує багато бактерій і ускладнює їх знищення антибіотиками.
Дослідження показує, що бактерії з захисними властивостями зовнішніх шарів, звані грамотрицькими бактеріями, можуть мати більш яскраві і більш темні плями на своїй поверхні.
Команда вчених виявила, що захисна зовнішня мембрана бактерій містить щільні мережі з будівельних блоків білка, що чергуються ділянками, які, мабуть, не містять білків. Замість цього плями збагачені молекулами з цукровими ланцюгами (гліколіпідами), які утримують зовнішню мембрану щільною.
Це важливе відкриття, оскільки жорстка зовнішня мембрана грамотрицьових бактерій перешкоджає проникненню деяких ліків і антибіотиків у клітку: ця зовнішня мембрана є однією з причин, чому такі бактерії (в тому числі A. baumannii, P. aeruginosa, Salmonella і E. coli) володіють стійкістю до протимікробних препарату і в даний час вважаються більшою загрозою, ніж грамполоджувальні бактерії (також відомі як MRSA).
"Зовнішня мембрана являє собою серйозний бар'єр проти антибіотиків і є важливим фактором, що робить інфекційні бактерії стійкими до медичного лікування. Однак залишається відносно неясним, як влаштований цей бар'єр, тому ми вирішили вивчити його так детально ", - пояснив автор роботи професор Барт Хугенбум (Лондонський центр нанотехнологій при UCL).
"Вивчаючи живі бактерії від молекулярного до клітинного масштабу, ми можемо побачити, як мембранні білки утворюють мережу, що охоплює всю поверхню бактерій, залишаючи невеликі проміжки для ділянок, що не містять білка. Це говорить про те, що в бар'єрі можуть бути більш сильні і більш слабкі місця, на які можуть впливати антибіотики ".
Щоб краще зрозуміти цю архітектуру, вчені провели крихітною голкою по живим бактеріям Escherichia coli (E. coli), таким чином «відчувши» їх загальну форму. Оскільки кінчик голки має ширину всього кілька нанометрів, це дозволяє візуалізувати молекулярні структури на поверхні бактерій.
Отримані зображення показують, що вся зовнішня мембрана бактерій заповнена мікроскопічними отворами, утвореними білками, які дозволяють проникати поживним речовинам, запобігаючи потраплянню токсинів. Хоча було відомо, що зовнішня мембрана містить багато білків, така їхня природа була несподіваною.
Дивно, але на зображеннях також було виявлено безліч плям, які, мабуть, не містили білків. Ці плями містять гліколіпід, зазвичай виявляється на поверхні грамотрицьких бактерій. Крім того, нерівна ділянка іншого типу утворювалася, коли частини мембрани вивернулися навиворіт через мутації. У цьому випадку поява цих дефектів корелювало з підвищеною чутливістю до бацитрацину, антибіотика, зазвичай ефективного тільки проти грамполоджувальних, але не проти грамотрицьових бактерій.
"На знімку в підручнику бактеріальної зовнішньої мембрани показані білки, розподілені по мембрані неупорядкованим чином, добре змішані з іншими будівельними блоками мембрани. Наші зображення демонструють, що це не так, ліпідні плями відокремлені від багатих білком мереж, точно так само, як олія відокремлюється від води, в деяких випадках утворюючи щілини в панцирі бактерій. Цей новий погляд на зовнішню мембрану означає, що тепер ми можемо почати досліджувати, чи має значення такий порядок для функції мембрани, цілісності і стійкості до антибіотиків ".
Вчені також припускають, що результати можуть допомогти пояснити способи, за допомогою яких бактерії можуть підтримувати щільно упакований захисний бар'єр, при цьому забезпечуючи швидке зростання: звичайна бактерія E. coli подвоюється в розмірах, а потім ділиться за 20 хвилин за сприятливих умов. Вони припускають, що гліколіпідні плями можуть допускати більше розтягнення мембрани, ніж білкові мережі, полегшуючи адаптацію мембрани до зростаючих розмірів бактерій.
Дослідження було опубліковано в Proceedings of the National Academy of Sciences.