Сахарный механизм: разгадка тайны перемещения бактерий без использования жгутиков

Ученые выявили, что бактерии могут двигаться без жгутиков и раскрыли молекулярный механизм, отвечающий за их скольжение. Это открытие откроет новые горизонты в борьбе с инфекциями и образованием биопленок.Бактерии способны эффективно перемещаться даже без жгутиков, «перекатываясь» по влажным поверхностям благодаря химическим потокам или скользя по молекулярной конвейерной ленте. Фото: Джейсон Дрис/ASUИсточник: https://phys.org/

Долгое время считалось, что для перемещения бактериям обязательно нужны жгутики — тонкие нити, которые помогают микроорганизмам двигаться и поворачиваться. Однако команда под руководством Навиша Вадхвы обнаружила, что кишечная палочка и сальмонелла могут перемещаться и без них.

Секрет заключается в ферментации. Когда бактерии перерабатывают сахара, они выделяют кислые побочные продукты, которые притягивают воду. На влажной поверхности образуется тонкий восходящий поток жидкости, и колония фактически «плывет» по нему. Исследователи отмечают, что это движение похоже на листья, уносимые ручейком.

Эта форма перемещения получила название «плавание». Она объясняет, почему бактерии так легко распространяются на медицинских катетерах, раневых повязках и на поверхностях пищевого производства. Даже если жгутики заблокированы антибиотиками, бактерии могут продолжать двигаться и образовывать устойчивые колонии.

Ученые также установили, что если в среду добавить поверхностно-активные вещества, жидкие потоки нарушаются, и движение прекращается. В то же время обычное жгутиковое «роение» продолжается. Таким образом, два различных механизма можно целенаправленно подавлять.

Поверхностная миграция, не зависящая от движения, у S. enterica LT2 и E. coli. (А) Схема бактериального жгутикового двигателя. Статорный комплекс (MotAB) отвечает за вращение ротора, который соединен с нитью накала (FliC/FljB у сальмонеллы; FliC у кишечной палочки) с помощью белков-зацепителей FlgK и FlgL. (B–D) Миграция как диких штаммов сальмонеллы, так и штаммов без нитей на чашках с мягким агаром. (Например, мутанты Salmonella ∆motA, которые формируют невращающиеся нити, не могут мигрировать. Миграция восстанавливается путем нарушения сборки филаментов путем удаления flgK (соединения крючков и филаментов), fliC/fljB (флагеллинов) или путем избыточной экспрессии FljA, которая подавляет трансляцию флагеллинов. Чашки (В и С) инкубировали в течение 10 ч, чтобы избежать чрезмерного роста сальмонелл диких типов.; (D–G) в течение 12 часов. (H–J) Поверхностная миграция диких штаммов E. coli и штаммов без нитей, в которых отсутствует флагеллин (FliC) или соединительный белок (FlgK). (K и L) В E. coli штамм a ∆ motA демонстрирует нарушенную миграцию. Как и в случае с сальмонеллой, миграция предотвращается дальнейшим удалением жгутиковой нити, нарушая сборку нити путем удаления flgK. Чашки в (H) инкубировали в течение 12 ч, чтобы избежать чрезмерного роста E. coli диких типов; (I-L) в течение 16 ч. (M) Время удвоения штаммов сальмонеллы и E. coli, выращенных в растворе LB +0,5% глюкозы при 37°C из разведений 1:100 в течение ночи..Источник: https://journals.asm.org/

Молекулярная «коробка передач»

Во втором исследовании группа Абхишека Шриваставы изучила флавобактерии — микроорганизмы, которые перемещаются совершенно иначе. Они применяют систему секреции T9SS — своего рода конвейер из белков, действующий как миниатюрный снегоход.

Через клеточную оболочку протягивается адгезивная белковая лента. Она перемещается, цепляется за поверхность и тянет бактерию вперед. Белок GldJ в этой системе оказался аналогом «переключателя передач». Небольшие изменения в его структуре меняют направление вращения молекулярного мотора и, соответственно, направление движения бактерии.

Этот механизм не только обеспечивает подвижность микроорганизмов, но и влияет на способность флавобактерий формировать биопленки и взаимодействовать с организмом-хозяином. В одних сообществах такие бактерии усиливают воспаление, в других — способствуют иммунитету.