Разбираем мир микробиологии по кусочкам
Смерть бактерии Bacillus subtilis и образование новых клеточных структур.
Несмотря на свое простое строение, бактерии не перестают удивлять ученых своеобразными механизмами выживания и адаптации. Пили (или ворсинки) и жгутики являются наиболее известными и, вероятно, наиболее изученными бактериальными структурами. Чтобы быстро освежить вашу память, пили – это короткие, похожие на волоски структуры, которые отвечают за прикрепление к поверхностям. Некоторые виды этих ворсинок даже участвуют в процессе размножения бактерий. Жгутики, напротив, представляют собой более жесткую структуру, обеспечивающую передвижение в пространстве. А как насчет нанотрубок? Они впервые были обнаружены у бактерий Bacillus subtilis, и, в отличии от других клеточных структур, которые мы только что обсудили, нанотрубки состоят исключительно из липидов, которые входят в состав цитоплазматической мембраны. Липиды в составе клеточных структур встречаются довольно редко, но такой состав помогает в быстром производстве и обеспечивает повышенную гибкость.
Бактерия B. subtilis имеет два класса бактериальных нанотрубок. Продолговатые нанотрубки отвечают за увеличение площади поверхности клетки, что позволяет бактериям поглощать большее количество питательных веществ из окружающей среды. Межклеточные нанотрубки соединяют клетки разных видов бактерий или связывают клетки бактерий с эукариотическими клетками.
Pospíšil и его коллеги провели исследование, в котором они изучили гены и условия окружающей среды, влияющие на формирование нанотрубок у B. subtilis. С использованием слово “трубки” можно было бы подумать, что эти структуры отвечают за перенос питательных веществ или генетических материалов. Ведь не стоит забывать, что бактерии живут в сообществе, где все клетки делят найденные питательные вещества между собой.
Оказалось, что нанотрубки формируются только при условиях стресса. Что еще более важно, эти структуры развиваются только тогда, когда бактериальные клетки умирают или даже после смерти. Нанотрубки не являются транспортными каналами; напротив, они являются признаком распада клеток. Такой вывод был сделан после проведенного эксперимента, в котором исследователи прижали покровное стекло микроскопа к бактериям, чтобы создать монослой, слой толщиной в одну клетку. Оказанное давление покровного стекла оказалось достаточным, чтобы вызвать ответ стрессовых систем бактерий, и запустить процесс производства нанотрубок. Но сколько времени потребовалось для запуска этого процесса? Ответ может вас удивить, но бактериальные нанотрубки собираются и появляются на поверхности клеток всего лишь за считанные секунды! Как только исследователи зарегистрировали уменьшение сигнала, исходящего от клеточной мембраны, они увидели увеличение количества нанотрубок. Поэтому, было предположено, что при распаде и отмирании клеток, возникающие слабые места мембраны служат каналами для построения нанотрубок.
Чтобы до конца разобраться в загадке бактериальных нанотрубок, исследователи изучили генетические механизмы, регулирующие формирование этих структур. В условиях, когда бактериальная клетка испытывает стресс, бактерия либо адаптируется к новым условиям, либо, когда стресс слишком значителен, умирает. В ситуациях, когда клетка не может адаптироваться к стрессовым условиям, фактор транскрипции SigD становится жизненно необходимым. С помощью группы генов под названием CORE, фактор SigD ускоряет процесс транскрипции генов. Чтобы ослабить и разрушить клеточную стенку, необходимы ферменты автолизины, такие как LytE и LytF. Эти ферменты частично разрушают компоненты бактериальных клеток, для того чтобы дать дорогу нанотрубкам.
Интересно заметить, что существуют и другие виды бактерий, обладающие аналогичными структурами, которые возникают из умирающих клеток (например, Bacillus megaterium или Escherichia coli). Как и в случае с B. subtilis, этим организмам требуется стрессовый фактор, чтобы вызвать формирование нанотрубок. Хотя авторы статьи заключили, что нанотрубки у B. subtilis являются признаком умирающих или мертвых клеток, они не спешат предполагать то же самое в отношении других видов. Необходимо провести дополнительные исследования, чтобы выявить физиологическую роль нанотрубок в других организмах.
Featured image: https://www.nature.com/articles/s41467-017-00344-7/figures/3
Перевод был сделан Марией Мартыновой
micro-bites.org 