Исследователи из Университета Мэриленда определили, как патогенная бактерия Pseudomonas aeruginosa использует активируемые натяжением мембранные каналы, чтобы не дать себе раздуться и лопнуть при внезапном контакте с водой. Исследование, которое будет опубликовано 19 апреля в «Журнале общей физиологии», помогает объяснить, как эта бактерия - основная причина внутрибольничных инфекций - сохраняется в различных средах.
П. aeruginosa - замечательно приспосабливаемая бактерия. Он естественным образом встречается в почве и пресной воде, но может также размножаться на влажных поверхностях медицинского оборудования, что приводит к оппортунистическим инфекциям у пациентов с ослабленным иммунитетом или других уязвимых пациентов, что приводит к опасным для жизни состояниям, таким как пневмония или сепсис.
Одной из причин приспособляемости P. aeruginosa является ее способность выживать при внезапных изменениях содержания воды в окружающей среде. Дожди, например, создают проблему для бактерий, поскольку они разбавляют среду, окружающую клетку, заставляя воду проникать в клетку путем осмоса. Такие «осмотические удары вниз» могут вызывать вздутие и разрыв клеток, но некоторые бактерии, в том числе кишечная бактерия Escherichia coli, имеют механочувствительные каналы в своих клеточных мембранах, которые открываются, как только клетка начинает набухать, пропуская небольшие молекулы растворенного вещества - или осмолиты - выходят из клетки, так что осмотический градиент, вызывающий приток воды, уменьшается. E. coli несет два типа механочувствительных каналов. Канал MscS высвобождает небольшое количество осмолитов, когда набухание вызывает небольшое натяжение мембраны. Канал MscL активируется при более высоких уровнях напряжения для высвобождения осмолитов в больших количествах.
Сергей Сухарев и его коллеги из Мэрилендского университета обнаружили, что P.aeruginosa может переносить значительно более сильные осмотические шоки, чем E. coli. Клетки P. aeruginosa были менее проницаемы для воды и быстрее выделяли осмолиты. Меньшая водопроницаемость дает клеткам больше времени, чтобы отреагировать на осмотические шоки, а более быстрое высвобождение осмолита позволяет бактериям терять до 20% своего сухого веса всего за 28 миллисекунд..
Исследователи определили, что P. aeruginosa экспрессирует один канал MscL- и два канала MscS-типа. Канал MscL-типа преобладает и присутствует с более высокой плотностью в мембранах P. aeruginosa, чем его эквивалент в мембранах E. coli, что позволяет клеткам P. aeruginosa высвобождать большее количество осмолитов. Но два канала типа MscS также важны; они активируются раньше в ответ на набухание клеток и, высвобождая небольшое количество осмолитов, могут снизить натяжение мембраны и не дать каналам MscL высвобождать больше осмолитов, чем необходимо..
«Эти результаты приближают нас на один шаг ближе к механистическому пониманию физиологической реакции на осмотические шоки», - говорит Сухарев.«Они также помогают объяснить более высокую осмотическую стабильность легко адаптируемой P. aeruginosa по сравнению с энтеросолюбильной кишечной палочкой».