Ученые выяснили, как бактерии делают крошечные капельки жидкости из белков, чтобы выжить в суровых условиях и тем самым уменьшить их шансы погибнуть от антибиотиков.
Исследование показывает, как аггресомы - миниатюрные капельки жидкости, собранные из нескольких различных белков - формируются в ответ на увеличение стресса, испытываемого бактериями, и как эти бактерии могут формировать аггресомы, которые позволяют им успешнее выживать в этих стрессовых ситуациях. Исследовательская группа обнаружила, что экологические стрессы связаны со снижением уровня АТФ - известного как "универсальная валюта клеточной энергии" - внутри бактерий. Предполагается, что это снижение может повлиять на растворимость ключевых клеточных белков, что побуждает их собираться в капли. Исследование может помочь разгадать секрет того, как определенные виды бактерий могут выживать после длительного применения антибиотиков и, мутируя свои гены, повышать вероятность формирования полной резистентности к антибиотикам.
Используя передовые методы оптической микроскопии и вычислительного моделирования, ученые показали, что образование капель объясняется физикой "разделения фаз жидкость-жидкость". Исследователи обнаружили, что силы притяжения между молекулами в растворе заставляют их собираться вместе, образуя полустабильные агрегаты, которые обладают интересными жидкостными характеристиками и, в случае аггресомы, включают в себя до нескольких сотен молекул различных белков. Молекулы внутри аггресомы могут свободно перемещаться, как и в любой жидкости, и обмениваться с другими молекулами вне аггресомы. Собирая в капли белки, необходимые для основных клеточных процессов, бактерии эффективно сохраняют их во время стресса, когда клетка отключается, сохраняя их в безопасности и помогая клетке восстановиться снова.
Соавтор исследования Марк Лик, профессор кафедры физики биологического факультета Йоркского университета, говорит: "Наше исследование показывает, что аггресомы у бактерий являются высокодинамичными структурами; они представляют собой то, что мы назвали бы "клеточными органеллами", но у них отсутствует мембрана снаружи, которую мы обычно находим в более изученных органеллах, таких как ядро в наших собственных клетках. Полагаться на более фиксированные структуры, такие как мембранные органеллы, слишком медленное занятие: они не позволяют бактериям достаточно динамично реагировать на быстро меняющуюся среду, поскольку требуется время для создания и разрушения мембраны и выбора молекулярных компонентов для входа и выхода. Аггресомы решают эту проблему, не используя мембрану вообще. Вместо этого, что удивительно, бактерии адаптировали базовую физику разделения фаз в жидкостях, чтобы помочь себе выжить".
Авторы использовали флуоресцентные метки на молекулах белка аггресомы для отслеживания их расположения в живых клетках E. coli и компьютерное моделирование, чтобы определить, как разделение фаз жидкость-жидкость приводит к наблюдаемому образованию высокодинамичных белковых капель. "Исследования, направленные на понимание работы этих замечательных биологических жидких капель в масштабе отдельных молекул, как мы это сделали, могут помочь нам понять, почему все идет не так в случае некоторых заболеваний, которые, по-видимому, связаны с образованием каплевидных молекулярных агрегатов. Это может помочь проложить путь к новым лекарственным препаратам, которые либо предотвращают образование определенных капель, либо нацелены на их разрушение", - отметил Лик.
