Ученые обнаружили, как бактерии используют капли жидкого белка для преодоления стрессаУченые обнаружили, как бактерии используют капли жидкого белка для преодоления стресса
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.
