Бактерии бывают всех форм и размеров - некоторые прямые, как стержень, другие закручиваются, как штопор. Форма играет важную роль в том, как бактерии проникают в клетки организма и атакуют их. Спиралевидная форма Helicobacter pylori, разновидности бактерий, вызывающих язвы, может помочь им проникнуть в ткани.
Бактерии обладают необычайной способностью сохранять и восстанавливать свою морфологию даже после того, как они деформировались. Исследователи знают, что форма определяется клеточной стенкой, но мало что известно о том, как бактерии ее контролируют и контролируют. Поскольку клеточная стенка является мишенью для большинства антибиотиков, понимание того, как бактерии выращивают свои клеточные стенки, может помочь в разработке более эффективных лекарств.
Теперь группа исследователей во главе с Гарвардской школой инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) обнаружила, что кишечная палочка (E. coli) может использовать механические сигналы для сохранения своей формы.
Исследование опубликовано в Nature Microbiology.
«Это исследование может выявить некоторые основные принципы роста бактерий», - сказал Феликс Вонг, аспирант SEAS и соавтор статьи. «Мы показали, что связь роста клеточной стенки с механическим напряжением количественно соответствует тому, как бактерии восстанавливали свою форму после деформации в экспериментах».
Вонг и старший автор Ариэль Амир, доцент прикладной математики, начали с моделирования механики клеточной стенки кишечной палочки в условиях ограничений, которые заставляли бактерии расти в форме пончика.
В предыдущем исследовании Амир заметил, что под действием аналогичных изгибающих сил бактерии пластически деформируются, то есть когда изгибающее усилие прекращается, клетки кишечной палочки возвращаются к более прямой, но все еще изогнутой форме. Это предполагает, что рост клеточной стенки может воспринимать приложенную изгибающую силу. Амир также обнаружил, что клетки выпрямляются при дальнейшем росте, и это наблюдение осталось неразрешенным в этой статье.
В последнем исследовании команда исследовала, может ли связывание роста стенок с механическим напряжением (как бактерия сжималась или растягивалась) объяснять обратное движение и предсказывать, как быстро бактерии будут выпрямляться при освобождении.
Вонг и Амир ответили на этот вопрос с помощью теоретической модели, которая количественно предсказала, как бактерии будут расти, чтобы восстановить свою прямую форму, и сколько времени это займет.
Затем вместе с экспериментальными группами Drs. Ларс Реннер и Свен ван Теффелен из Института исследований полимеров имени Лейбница и Центра биоматериалов Макса Бергмана в Германии и Института Пастера во Франции соответственно провели эксперимент с E. coli.
Модели и эксперименты соответствовали друг другу. Скорость роста клеточной стенки, зависящая от механического напряжения, предсказала скорость выпрямления, согласующуюся с тем, что было обнаружено экспериментально.
«Мы думаем, что предложенная нами идея для бактерий напоминает рост растений», - сказал Вонг. «В области растений хорошо известно, что механические сигналы могут влиять на рост растений. Наши исследования показывают, что то же самое вполне может быть верно и для бактерий. молекулярный механизм, воспринимающий механическое напряжение."
Далее исследователи надеются выявить и понять те молекулярные механизмы, которые в будущем могут стать новыми мишенями для антибиотиков.