Nature Microbiology: Ученые раскрыли тайну хищных бактерий

Как природные антимикробные хищные бактерии способны распознавать и убивать другие бактерии? Загадка десятилетий, кажется, разгадана.

В исследовании, опубликованном сегодня (4 января) в журнале Nature Microbiology, ученые из Бирмингемского и Ноттингемского университетов обнаружили, как природные хищные антимикробные бактерии Bdellovibrio bacterivorous производят на своей поверхности белки, напоминающие волокна, чтобы заманивать добычу.

Это открытие может позволить ученым использовать этих хищников для уничтожения проблемных бактерий, вызывающих проблемы в здравоохранении, при порче продуктов питания и в окружающей среде.

Профессор структурной биологии Бирмингемского университета Эндрю Ловеринг сказал:

С 1960-х годов было известно, что Bdellovibrio bacterivorous охотится и убивает другие бактерии, проникая в клетки-мишени и поедая их изнутри, а затем вырываясь наружу. Вопрос, который ставил ученых в тупик — как эти клетки прочно прикрепляются, если мы знаем, насколько разнообразны их бактериальные мишени?

Профессор Ловеринг и профессор Лиз Сокетт из Школы наук о жизни Ноттингемского университета сотрудничают в этой области уже почти 15 лет. Прорыв произошел, когда Сэм Гринвуд, студент бакалавриата, и Асмаа Аль-Баяти, аспирант лаборатории Сокетт, обнаружили, что хищники Bdellovibrio откладывают прочную везикулу ( «отщепленную» часть оболочки клетки хищника), когда захватывают свою жертву.

Профессор Лиз Сокетт пояснила:

Везикула создает своего рода шлюз или замочную скважину, позволяющую Bdellovibrio проникнуть в клетку жертвы. Нам удалось выделить эту везикулу из мертвой жертвы, что является первым достижением в этой области. Везикулу проанализировали с целью выявления инструментов, использовавшихся во время предшествующего контакта хищника и жертвы. Мы думали, что это похоже на то, как взломщик оставляет в замочной скважине отмычку или ключ в качестве улики.

Изучив содержимое везикул, мы обнаружили, что, поскольку Bdellovibrio не знает, с какой бактерией ему предстоит встретиться, он размещает на своей поверхности целый ряд сходных молекул для распознавания добычи, создавая множество различных «ключей», чтобы „отпирать“ множество различных типов добычи.

Затем исследователи провели индивидуальный анализ молекул, показав, что они образуют длинные волокна, примерно в десять раз длиннее обычных глобулярных белков. Это позволяет им действовать на расстоянии и «чувствовать» добычу поблизости.

Всего в лаборатории насчитали 21 разновидность волокон. Исследователи доктор Саймон Каултон, доктор Кери Ламберт и доктор Джесс Тайсон изучали их работу на клеточном и молекулярном уровне. В этом им помогали специалисты по генной инженерии волокон Пол Рэдфорд и Роб Тилл. Затем команда начала пытаться связать конкретное волокно с конкретной молекулой поверхности добычи. Выяснение того, какое волокно соответствует той или иной жертве, может позволить использовать инженерный подход, который позволит создавать хищников, нацеленных на различные типы бактерий.

Профессор Ловеринг продолжил:

Поскольку исследуемый нами штамм хищника происходит из почвы, он имеет широкий диапазон убийств, что делает идентификацию пар «волокно — добыча» очень сложной. Однако с пятой попытки найти партнеров мы обнаружили химическую подпись на внешней стороне бактерии-жертвы, которая плотно прилегала к кончику волокна. Это первый случай, когда особенность Bdellovibrio была соотнесена с выбором жертвы.

Теперь ученые, работающие в этой области, смогут использовать эти открытия, чтобы узнать, какой набор волокон используется различными хищниками, которых они изучают, и, возможно, связать их с конкретной добычей. Улучшение понимания этих хищных бактерий может позволить использовать их в качестве антибиотиков, чтобы уничтожить бактерии, разлагающие пищу или вредящие окружающей среде.

Профессор Ловеринг заключил:

Мы знаем, что эти бактерии могут быть полезны, и полное понимание того, как они действуют и находят свою добычу, открывает мир новых открытий и возможностей.

04.01.2024