Исследователи из группы под руководством профессора ETH Мартина Лесснера обнаружили несколько лет назад, что палочковидные листерии могут становиться сферическими. Эти L-формы коренным образом отличаются от нормальных форм бактерий. Они сбрасывают свою клеточную стенку, принимают в основном сферическую форму и способны размножаться посредством процессов, подобных почкованию, при которых мембраны материнских клеток образуют дочерние везикулы. Однако не все эти везикулы на самом деле содержат генетический материал.
L-формы могут быть созданы, когда антибиотики, действующие на клеточную стенку, используются против Listeria, что может вызвать тяжелые случаи пищевой инфекции. Лекарства заставляют бактерии сбрасывать свою клеточную стенку - точку атаки для лекарства. Образовавшиеся везикулы окружены только цитоплазматической мембраной, что делает эти антибиотики неэффективными.
L-формы встречаются не только у Listeria, но описаны и у многих других бактерий. Более того, у Mycoplasma, Rickettsiae и Chlamydiae, которые являются патогенами человека, также отсутствует стабильная клеточная стенка. Тем не менее, L-формы жизнеспособны только при определенных условиях; если осмотические условия не подходят или быстро меняются, клетки становятся нестабильными и могут лопнуть.
Жизнеспособная клетка или мертвый продукт природы?
До сих пор исследователи не смогли четко продемонстрировать жизнеспособность полученных пузырьков. Но недавние эксперименты Лёсснера и его группы показали, что L-формы - это независимая форма жизни, которая может размножаться бесконечно. «Наши наблюдения не являются артефактами, а представляют собой альтернативную форму бактериальной жизни», - подчеркивает Лёсснер. Результаты их последнего исследования только что были опубликованы в журнале Nature Communications.
В своем исследовании исследователи показывают, что небольшие мембранные везикулы образуются путем инвагинации в более крупные внутриклеточные везикулы, таким образом получая цитоплазматическое содержимое и производя жизнеспособное потомство.
Когда цитоплазматическая мембрана клетки L-формы инвагинирует в цитоплазму, материнская клетка образует везикулу, заполненную веществами из окружающей среды. Следовательно, в этом первичном пузырьке отсутствуют клеточные компоненты и, в частности, генетический материал. Однако, образуя вторичные везикулы путем экструзии мембраны в первичные, они заполняются цитоплазматическим материалом материнского везикулы; который обеспечивает все компоненты клетки, необходимые для жизнеспособности, такие как хромосомы и рибосомы, места производства белков. Однако вопрос о том, действительно ли этот второй пузырь получает генетический материал, является нерегулируемым и случайным, но, как правило, он обеспечивает достаточный объем и пространство, чтобы могли происходить все жизненные процессы.
Безумная сеть пузырей
Loessner считает очень важным открытием то, что в ходе исследования L-форм Listeria они обнаружили маленькие эластичные соединительные трубки между внешними пузырьками, которые выглядят как «жемчужины на цепочке». «Везикулы образуют между собой сумасшедшую сеть», - говорит он. Как интактные мембраны, трубки состоят из молекул липидов, и они позволяют везикулам образовывать континуум, подобный грибковому мицелию. До тех пор, пока они полностью не разделятся, везикулы могут обмениваться цитоплазмой через эти трубочки.
Также необычно то, что для размножения L-формам не требуется ни клеточная стенка, ни образующий кольцо белок FtsZ, который необходим обычным бактериальным клеткам для деления. «Если рассматривать ранние клетки без жестких стенок в истории микробной эволюции, то они, скорее всего, делились подобно L-формам», - объясняет Лёсснер. Однако это не биологический, а скорее физический процесс, который напрямую зависит от количества произведенного мембранного материала.«Умножение подчиняется законам термодинамики». Таким образом, L-формы можно сравнить с мыльными пузырями, которые также обязаны своей стабильностью (и делением) чисто физическим принципам.