Как передвигаются бактерии?

Многие болезнетворные бактерии, такие как синегнойная палочка, используют механизм «подергивания» для того, чтобы передвигаться по различным поверхностям. Ученые выяснили, что в этом механизме задействованы мельчайшие нити (пили 4 типа), ширина которых измеряется нанометрами. Однако до сих пор было не понятно, каким образом микробы определяют направление пути.

Свет на этот вопрос пролило открытие, которое сделали исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария). Они установили, что бактерии Псевдомонада для навигации применяют механизм, аналогичный осязанию человека. Это открытие меняет существовавшие прежде представления о бактериях.

Ученые знали, что отдельные клетки животных и людей могут направлять себя в сторону более жестких или более рыхлых поверхностей, но не были уверены в том, обладают ли такой способностью бактерии. Большинство проводимых исследований было сосредоточено на выявлении механизмов, заставляющих бактерии плыть к определенным химическим веществам. (Это явление известно науке как «хемотаксис»).

В последней работе исследователи сосредоточились на механических силах, действующих на бактерии, и попытались понять, как бактериальная клетка реагирует на них. При этом они опирались на результаты более раннего исследования, показавшего, что ворсинки Псевдомонады работают как гарпун: после того, как она вытягивается и касается поверхности, активируется молекулярный двигатель, который быстро втягивает ворсинку, заставляя клетку по инерции продвинуться вперед.

Чтобы понять, что именно координирует двигатели пилей, ученые пронаблюдали, как отдельные бактерии Псевдомонады перемещаются по поверхностям – таким, как дно стеклянной чашки Петри. Команда заподозрила, что регулирует «подергивание» сеть белков, взаимодействующих с кальциневрином, поэтому на следующем этапе она проанализировала движение бактерий, которым не хватало различных компонентов этой системы. Оказалось, что некоторые бактерии – мутанты едва могли двинуться с места, продолжая подергиваться назад и вперед; другие всегда двигались только вперед, даже натыкаясь на непреодолимое препятствие.

Объединив флуоресцентные метки с методом микроскопии, ученые рассмотрели отдельные пили в живых бактериальных клетках и обнаружили, что один белок-мессенджер запускает расширение пилей, продвигая тем самым клетку вперед, а другой белок подавляет образование пили в движущейся части клетки.

Противодействуя друг другу, белки регулируют процесс движения бактерии. При этом активатор локализуется спереди, где клетка ощущает поверхность своими пилями, а ингибитор локализуется повсюду. В момент, когда бактерия сталкивается с препятствием – таким, как другая клетка, ингибитор позволяет ей остановиться и изменить направление движения. Это помогает клеткам ориентироваться на основе того, что они чувствуют перед собой – подобно тому, как ориентируется слепой, используя трость.

Способность ощущать окружающую среду особенно полезна в тех случаях, когда бактерии передвигаются группами. Она помогает им ползти в одном направлении.

Результаты этой работы могут иметь большое значение для практической медицины. Синегнойная палочка, условно-патогенный микроорганизм, обычно обитающий в почве, является возбудителем внутрибольничных инфекций. Скопления бактерий Псевдомонада нередко образуются на таких поверхностях, как респираторы и катетеры, и могут быть чрезвычайно устойчивы к противомикробным препаратам и дезинфицирующим средствам.

Глубокое понимание «чувства осязания» микробов поможет разработать новые терапевтические стратегии в отношении их. В настоящее время ученые планируют выяснить, каким образом механический стимул преобразуется в клеточную реакцию, то есть понять молекулярный механизм, лежащий в основе осязания бактерий.