Летние пикники и барбекю уже через несколько недель! Как бы вы ни были взволнованы этим летом, бактерии Escherichia coli жаждут полакомиться буфетом «все, что вы можете съесть», который они вот-вот испытают в вашем кишечнике.
Однако когда клетки кишечной палочки заканчивают свое путешествие по пищеварительному тракту, произойдет нечто неожиданное. Без предупреждения они обнаружат, что плавают в вашем унитазе, цепляясь за последние кусочки питательных веществ, прикрепленные к их телам. Как эти крошечные организмы адаптируются, чтобы пережить внезапный голод? Ученые Вашингтонского университета в Сент-Луисе.- удивился Луи.
Тщательное исследование E. coli, лишенного питательных веществ, под микроскопом - рутинный процесс в лаборатории, изучающей размер бактериальных клеток, - выявило клетки, которые выглядели по-разному, и что эти различия связаны с их способностью к выживанию.
«Их цитоплазма сжалась. Когда она сжалась, внутренняя мембрана оторвалась от внешней мембраны и оставила большое пространство на одном конце клетки», - сказала Петра Левин, профессор биологии в области искусств и наук, чья докторская степень ученый Кори Уэстфолл и студентка бакалавриата Джесси Као впервые сделали это наблюдение.
Пространство, о котором говорит Левин, между внутренней и внешней мембранами бактерий, называется периплазмой. В сотрудничестве с Кервином Кейси Хуангом, профессором биоинженерии, микробиологии и иммунологии в Стэнфордском университете, и его постдокторантом Хандуо Ши, Левин обнаружил неожиданную реакцию развития на голодание, которая может удерживать E.coli живы, пока не найдут следующий буфет.
Работа опубликована на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Биологи показали, что когда клеткам кишечной палочки не хватает питательных веществ, цитоплазма становится более плотной по мере уменьшения ее объема, вероятно, из-за потери воды. В то же время периплазма увеличивается в объеме по мере того, как внутренняя мембрана оттягивается от наружной.
«Хотя мы еще не знаем наверняка, мы думаем, что клетка концентрирует питательные вещества в цитоплазме, чтобы поддерживать высокий уровень метаболизма», - сказал Левин. «Возможно, это адаптация к постоянно и быстро меняющемуся образу жизни E. coli, при котором она знает, что любая среда временна».
Сокращение обратимо, обнаружили ученые. Как только они перенесли голодающие бактерии в богатую питательными веществами среду, внутренняя мембрана и цитоплазма расширились. Бактериальные клетки быстро восстанавливались после голодания, особенно когда E.coli получили свой любимый источник углерода - глюкозу. И, что немаловажно, если система Тол-Пал была цела.
Система Tol-Pal представляет собой важнейший клеточный механизм, состоящий из белков, которые соединяют внешнюю мембрану с внутренней мембраной. Но его функция недостаточно изучена. Ученые предполагают, что по мере расширения внутренней мембраны система Tol-Pal помогает воссоединить ее с внешней мембраной. При отсутствии системы Тол-Пал внутреннее содержимое клеток вытекало наружу.
«Мы предполагаем, что Tol-Pal действует как бегунок молнии, помогая внутренней мембране застегиваться на внешнюю мембрану во время восстановления», - сказал Левин.
Что происходит с трансмембранными белками, встроенными как во внутреннюю, так и во внешнюю мембрану, когда внутренняя мембрана отрывается от внешней мембраны? Их разорвут? Левин и его коллеги пока не знают и надеются ответить на эти вопросы в будущем.