Білкові нитки, за допомогою яких бактерії передають один одному гени стійкості до антибіотиків, виявилися неймовірно міцними і стабільними. Завдяки фосфоліпідній “склейці” вони витримують інтенсивне перемішування, вплив агресивних хімікатів і високих температур, забезпечуючи обмін ДНК в найнесприятливіших обставинах.
Бактеріальні клітини з’єдналися F-пилями для обміну генами / ©Jonasz Patkowski, Imperial College London
Стійкість до дії антибіотиків та інші вигідні адаптації, наявні в однієї бактерії, можуть передаватися її сусідам в процесі горизонтального перенесення генів. Один з основних механізмів такого перенесення – кон’югація, безпосереднє з’єднання клітин спеціальними білковими нитками, F-пилами, які утримують їх разом для обміну фрагментами ДНК.
Нитки F-пилей – досить довгі і тонкі, тому вважається, що кон’югацію можна утруднити або зовсім порушити зовнішнім впливом, наприклад інтенсивним перемішуванням. Однак нова робота вчених з Імперського коледжу Лондона показала, що такі умови нітрохи не заважають кон’югації і переносу генів. F-пили виявилися несподівано міцними і стійкими, витримуючи і високі температури, і хімічно агресивне середовище. Про це повідомляється в статті, опублікованій в журналі Nature Communications.
Йонаш Патковскі (Jonasz Patkowski) і його колеги проводили експерименти з кон’югуючими бактеріями кишкової палички. Виявилося, що перемішування середовища тільки підвищує ефективність перенесення генів між ними і стимулює утворення міцної біоплівки, об’єднання бактерій, яке підвищує їх стійкість до негативних факторів середовища.
©Jonasz Patkowski, Imperial College London
Вчені закріплювали окремі клітини на підкладці і розтягували з F-пили, показавши, що вони виключно еластичні. Крім цього, білкові нитки витримували вплив досить агресивних хімічних речовин, таких як сечовина і натрієвий луг, і температури аж до 100 °C. Щоб з’ясувати, звідки виникає така стабільність, біологи розглянули молекулярну структуру F-пилей кишкової палички.
Ці нитки складені з безлічі окремих блоків – білкових мономерів, додатково стабілізованих фосфоліпідами. Комп’ютерне моделювання показало, що саме фосфоліпіди забезпечують їх еластичність і пружність, дозволяючи згинатися, розтягуватися і скорочуватися, на кшталт пружини. Без них білкові нитки легко розривалися б на окремі фрагменти.
Все це дозволить нам краще розібратися з тим, як у бактерій відбувається горизонтальний обмін генами — найважливіший фактор поширення стійкості до антибіотиків, який з кожним роком призводить до все більшої кількості важких хвороб і смертей. Крім того, незвичайні властивості пилей можуть стати в нагоді інженерам і допоможуть в розробці більш міцних молекулярних структур.