Случайная беседа между двумя исследователями из Корнелла на вечеринке по случаю дня рождения ребенка привела к сотрудничеству и новому пониманию того, как бактерии сопротивляются токсинам, что может привести к появлению новых инструментов в борьбе с вредоносными инфекциями.
Физические силы, как известно, влияют на то, как клетки нашего тела растут и выживают, но мало что известно о роли, которую эти силы играют в прокариотах - одноклеточных организмах, включая бактерии.
Кристофер Эрнандес, адъюнкт-профессор Школы машиностроения и аэрокосмической техники им. Сибли, придумал микрожидкостное устройство, которое будет подвергать отдельные бактерии известной силе и механической деформации. Но он знал несколько способов измерить эффект - до случайной встречи с Пэн Ченом, Питером Дж. В. Дебай, профессор факультета химии и химической биологии Колледжа искусств и наук.
Чен разработал способ помечать и наблюдать за конкретной молекулой, которая выкачивает токсины из внутренней мембраны определенных бактерий. Собрав воедино свои идеи, исследователи убедительно показали, что механические стрессы могут нарушать способность бактерий выживать при воздействии токсинов.
Их статья «Механический стресс ставит под угрозу многокомпонентные эффлюксные комплексы в бактериях», опубликованная 26 ноября в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Грамотрицательные бактерии имеют двойную мембранную клеточную оболочку и обладают способностью собирать молекулярные насосы для избавления от токсичных веществ, которым удается мигрировать в клетку, включая антибиотики.
Исследование Эрнандеса и Чена показало, что когда бактерии кишечной палочки помещали в микрожидкостное устройство и заставляли течь в очень тесные пространства, одних возникающих механических нагрузок было достаточно, чтобы эти насосы сломались и перестали работать.
«Это одно из первых исследований, посвященных механобиологии бактерий», - сказал Эрнандес. «Наши результаты свидетельствуют о том, что бактерии похожи на другие типы клеток в том, что они реагируют на механические воздействия посредством молекулярных комплексов».
«Наша работа показывает, что вы можете разрушить насосный комплекс бактерий механическими средствами, - сказал Чен, - и это может дать нам новый инструмент для улучшения лечения бактериальных заболеваний».
Методология, созданная Эрнандесом и Ченом, может быть использована для изучения всех видов структур, функций и поведения прокариотических клеток.
Эта творческая совместная исследовательская работа, в которой используются возможности биологии отдельных молекул, предоставит армии лучшее фундаментальное понимание не только клеточных особенностей, поддерживающих жизнь микробов, но и того, как механическое напряжение на клеточном уровне может контролирует жизнеспособность бактерий и, таким образом, обеспечивает новые потенциальные средства борьбы с бактериальными инфекциями», - сказал Роберт Кокоска, руководитель программы по микробиологии в армейском исследовательском бюро, сотрудник Университета США. Армейская исследовательская лаборатория Командования развития боевых возможностей армии США, поддержавшая исследование.
Аспиранты Лорен Дженова (химия и химическая биология) и Мелани Робертс (машиностроение) были соавторами. Герберт Хуэй, профессор инженерии Джозефа К. Форда, также внес свой вклад.