Бактерии перемещаются по поверхности, используя «осязание»

Учёные знали, что клетки людей и других животных могут направлять себя в сторону более жестких или более мягких поверхностей, но было неясно, могут ли бактерии тоже направлять свое движение на основе механической силы. Это происходило из-за того, что большинство исследований было сосредоточено на выявлении механизмов, которые заставляют бактерий плыть к химическим веществам, таким как еда. Это явление известно 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 ворсинки Pseudomonas работают как гарпуны: после того, как они расширяются и касаются поверхности, в них активируется молекулярный мотор, который втягивает пилей, продвигая клетку вперед.

Чтобы понять, что координирует эти двигатели ворсинок, 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 посуды. Команда заподозрила, что подергивание регулируется сетью белков, называемой системой Chp. Бактерии с мутациями в этой системе либо едва могли двигаться, либо всегда двигались вперед, даже когда натыкались на препятствия.

Вооружившись флуоресцентными метками и микроскопами, исследователи обнаружили, что один белок-мессенджер активирует пили для расширения, продвигая клетку вперед, тогда как другой белок ингибирует это действие. Два противоположных белка никогда не находятся в одном и том же месте.

Активатор локализуется на конце ворсинки, где клетка ощущает поверхность, а ингибитор — в любом другом месте. Учёные обнаружили, что когда бактерии натыкаются на препятствие, ингибитор позволяет им остановиться и изменить направление. Это помогает клеткам ориентироваться в пространстве в зависимости от того, что они чувствуют перед собой. Это похоже на способ движения слепого, который использует трость.

Способность ощупывать окружающую среду оказывается полезной, когда бактерии движутся как группа, поскольку это помогает им продвигаться вперед в одном направлении.

Результаты этого нового исследования 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 устойчивы к дезинфицирующим средствам и противомикробным препаратам. Более глубокое понимание «осязания» микробов может помочь в разработке новых терапевтических стратегий.

Фото: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne