Когда вы всего лишь один из триллионов, вам может быть трудно продвинуться вперед. С этой проблемой сталкивается водная бактерия Leptothrix cholodnii, которая часто встречается в слизеподобных микробных матах, характерных для богатых минералами водоемов. Поэтому, чтобы закрепиться в этих сообществах, L. cholodnii образует длинные жесткие нити, которые становятся неотъемлемой частью структуры микробного мата.
В исследовании, опубликованном на прошлой неделе в ACS Nano, группа исследователей из Университета Цукубы использовала микрожидкостные камеры для визуализации L. cholodnii и изучения вклада нанофибрилл в формирование нитей. Более глубокое понимание этого процесса может помочь исследователям добиться значительных успехов в использовании бактерий, образующих оболочку, в таких процессах, как разработка новых аморфных оксидов железа для анодов литий-ионных аккумуляторов и промышленный сбор пигментов и тяжелых металлов.
Л. cholodnii состоят из цепочек клеток, изначально окруженных мягкой оболочкой, состоящей из тысяч крошечных переплетенных волосоподобных структур, называемых нанофибриллами. Во время формирования нити бактерии выделяют белки, которые окисляют железо и марганец в воде, производя оксиды металлов, которые накапливаются в нанофибриллах, заставляя их затвердевать в микротрубочки. Нанофибриллы также могут включать драгоценные металлы, такие как золото, серебро, титан и цирконий. Однако точная роль нанофибрилл в формировании филаментов неизвестна.
«Поскольку микробные маты часто встречаются в руслах ручьев, мы использовали микрожидкостные камеры, чтобы воспроизвести текущую воду, обнаруженную в этих местах», - объясняет ведущий автор исследования Тацуки Куно.«Мы позволили отдельным клеткам пройти в камеры, а затем использовали покадровую и прерывистую флуоресцентную деформацию нанофибрилл и атмосферную сканирующую электронную микроскопию для изучения поведения отдельных клеток и развивающихся многоклеточных нитей».
Исследователи показали, что нанофибриллы необходимы для прикрепления бактериальных клеток к твердым поверхностям, что необходимо для образования нитей. Подтверждая это наблюдение, варианты «безоболочных» клеток L. cholodnii, которые не продуцировали нанофибриллы, бродили по камерам на протяжении всего эксперимента, не имея возможности прикрепляться или образовывать филамент..
«Окрашивая нанофибриллы флуоресцентно, мы могли отслеживать их распределение на поверхности бактериальных клеток», - говорит доктор Куно. «Интересно, что расположение нанофибрилл, казалось, диктовало направление удлинения филамента - при одностороннем удлинении нанофибриллы группировались вокруг неделящегося конца клетки, тогда как при двустороннем удлинении нанофибриллы присутствовали только вокруг центральной части клетки.."
Исследователи также заметили, что нанофибриллы были плотно сплетены вокруг зрелых участков растущих филаментов, но образовывали более открытую паутинную структуру вокруг недавно разделенных клеток.
Эти новые взгляды на роль нанофибрилл в развитии нитей могут позволить исследователям адаптировать L. cholodnii для использования в промышленных приложениях, таких как биоремедиация, извлечение тяжелых и драгоценных металлов и изготовление микропроводов.