Молекулярные шприцы бактерий
Некоторые бактерии имеют крошечные шприцы, наполненные химическими веществами, которые могут ослаблять конкурентов или выводить из строя врагов.
Недавно исследователи получили возможность рассмотреть вблизи эти шприцы, которые называются контрактильными инъекционными системами, у одного из видов цианобактерий и у одной из морских бактерий. Выяснение того, как работают ключевые части молекулярных шприцев, может помочь ученым разработать собственные наномашины. Искусственные инъекционные машины могут нацеливать антибиотики на проблемные бактерии, оставляя дружественные микробы нетронутыми.
Гены, кодирующие части инъекционного механизма, встречаются у многих видов бактерий. Но "просто взглянув на гены, довольно трудно предсказать, как работают эти контрактильные инъекционные системы", - объясняет Грегор Вайс, клеточный структурный биолог из ETH Zurich. Поэтому Вайс и его коллеги изучили бактериальные шприцы с помощью криоэлектронной микроскопии. Ранее исследователи обнаружили шприцы, закрепленные во внешних мембранах некоторых бактерий, откуда бактерии могут выстреливать свою полезную нагрузку в клетки, с которыми они сталкиваются. Инъекторы других видов выбрасывают свое содержимое в окружающую среду.
Но у одного из видов цианобактерий под названием Anabaena шприцы находятся в необычном месте - в мембране внутренней структуры, где бактерии осуществляют фотосинтез, сообщают Вайс и его коллеги в мартовском журнале Nature Microbiology. Будучи спрятанными внутри клеток, "трудно представить, как [шприцы] могут выходить наружу и взаимодействовать с целевым организмом", - говорит Вайс.
Anabaena может использовать свои шприцы, чтобы покончить с собой, вызвав запрограммированную гибель клеток, когда они попадают в стрессовую ситуацию. В экспериментах авторов ультрафиолетовый свет или высокий уровень соли в воде заставляли некоторые шприцы выбрасывать свой груз. Это приводило к гибели некоторых клеток Anabaena в длинных цепочках, в которых растут цианобактерии, образуя пустотелые "клетки-призраки". Клетки-призраки сбрасывают свою внешнюю стенку и мембрану, выставляя наружу неотстрелянные шприцы во внутренней мембране. Призраки могут действовать как троянские кони, доставляя свой смертоносный груз хищникам или конкурентам, предполагают ученые. Исследователи еще не выяснили, какие организмы являются вероятной целью шприцев Anabaena.
У вида морских бактерий под названием Algoriphagus machipongonensis история несколько иная. Здесь шприцы имеют другую архитектуру и свободно плавают внутри бактериальной клетки. Шприцы также обнаружены в культуральной среде, в которой бактерии выращиваются в лаборатории, но как они выходят из клетки - загадка. Возможно, они высвобождаются, когда бактерии умирают или их поедают хищники. Кроме того, ученые обнаружили два белка, загруженных в шприцы Algoriphagus, но что делают эти белки, неизвестно. Исследователи попробовали генетически сконструировать Е. coli для производства одного из белков, но это привело к гибели Е. coli.
Сравнивая структуры шприцев разных видов, исследователи выявили определенные элементы, которые схожи, но немного отличаются от вида к виду. Изучение того, как эти модификации меняют принцип работы инъекторов, может позволить исследователям загружать в них различные грузы или использовать шприцы против конкретных бактерий или других организмов. " Сейчас у нас есть общий чертеж, - говорит Вайс, - сможем ли мы его переделать?".
