Ученые расшифровали, как некоторые виды «плавающих» бактерий эволюционировали, чтобы быть в состоянии убежать, оказавшись в ловушке в ограниченном пространстве.
Открытие может проложить путь к поиску новых методов, чтобы остановить распространение определенных бактерий, в том числе видов, вызывающих пищевое отравление и язву желудка.
Многие бактерии могут плавать, что позволяет им искать новые источники питательных веществ или, в случае с патогенными бактериями, заражать и распространяться.
Почти все плавающие виды бактерий продвигаются вперед с помощью штопорообразных пропеллеров, называемых «жгутиками». Бактериальные жгутики состоят из тысяч белковых строительных блоков, расположенных в спиральных цепочках.
Многопрофильная группа ученых, включая исследователей из Йоркского университета, обнаружила, что некоторые виды бактерий развили сложные жгутики, состоящие из множества различных типов белков, которые позволяют им маневрировать в ограниченных пространствах.
Ученые изучили живущий в почве вид бактерий под названием Shewanella putrefaciens и обнаружили, что, когда они застревают в ограниченном пространстве, их многокомпонентные жгутики изгибаются, обвивая тела клеток и позволяя им свободно выкручиваться.
Соавтор исследования, доктор Лоуренс Уилсон из отдела физики, сказал: «Вопрос о том, почему некоторые бактерии, такие как E.coli, имеют жгутики, состоящие из одного типа белка, в то время как у других есть более сложные жгутики составленный из многих различных типов, был давней загадкой.
"Природа любит, чтобы все было просто. В любой "машине" больше компонентов означает больше проблем, которые могут пойти не так. Наше исследование показало, что у сложных жгутиков есть функция, которая помогает бактериям ускользнуть, когда они застревают в ограниченном пространстве, и это преимущество перевешивает затраты на поддержание генов, кодирующих различные строительные блоки белка».
Для исследования ученые из Йоркского университета использовали свой опыт высокоскоростной голографической микроскопии мирового класса, чтобы наблюдать за клетками в 3D, что позволило им увидеть, как клетки используют свои жгутики для плавания и распространения.
Международные коллеги из Института микробиологии и молекулярной биологии в Гайсене, Германия, тщательно установили, где находятся различные строительные блоки внутри отдельных жгутиков. Ученые-компьютерщики из Университета Филиппса в Марбурге (Германия) построили серию симуляций, которые позволили им проверить эффект медленного изменения физических свойств жгутика.
Они обнаружили, что строительные блоки в жгутиках Shewanella putrefaciens расположены оптимальным образом, поскольку, когда они удаляли или меняли местами компоненты жгутиков, способность бактерий плавать как в «открытых водах», так и в ограниченном пространстве был нарушен.
Доктор Уилсон добавил: «Было обнаружено, что такие виды бактерий, как Campylobacter jejuni, вызывающая пищевое отравление, и Helicobacter pylori, вызывающая язву желудка, содержат в своих жгутиках несколько компонентов.
Это исследование дает нам лучшее понимание физики бактериальной инфекции - знания, которые могут привести к новым способам блокирования передачи вредоносных инфекций в будущем
«Пространственное расположение нескольких флагеллинов в бактериальных жгутиках улучшает подвижность в различных средах» опубликовано в Nature Communications.