Новое открытие о навигации бактерий может изменить лечение инфекций

Ученые из Университета Шеффилда обнаружили новую сенсорную способность у бактерий, которая может изменить лечение бактериальных инфекций.

Ранее считалось, что бактерии слишком малы, чтобы напрямую ощущать разницу в концентрации химических веществ. Однако новое исследование, вопреки устоявшимся научным представлениям, показало, что бактерии действительно могут напрямую ощущать свое химическое окружение по всей длине своего клеточного тела с беспрецедентной точностью.

Исследование, опубликованное в Nature Microbiology, является ключевым шагом к разработке инновационных методов лечения, манипулирующих подвижностью бактерий для повышения эффективности антибиотиков.

Исследование было сосредоточено на Pseudomonas aeruginosa, которая Всемирной организацией здравоохранения внесена в список приоритетных патогенов из-за ее способности вызывать высокоустойчивые к антибиотикам инфекции у людей.

Как бактерии ориентируются

Старший автор исследования, доктор Уильям Дарем, объяснил: «Клетки могут определить, движутся ли они к источнику питательных веществ или от него, двумя способами. Первый — случайное блуждание и измерение изменения концентрации во времени. Второй — измерение изменений концентрации по длине своего тела, что позволяет двигаться прямо к источнику. Наше исследование демонстрирует, что бактерии способны на последнее, что ранее считалось невозможным из-за их крошечного размера. Затем бактерии используют эту информацию для навигации по поверхностям к химическим источникам с помощью крошечных «кошек» — пилей».

Методология и открытие

Используя комбинацию инновационных микрофлюидных экспериментов и новых штаммов P. aeruginosa, чьи системы подвижности были модифицированы для прямой визуализации под мощными микроскопами, исследователи выяснили, как отдельные клетки реагируют на точные изменения концентрации питательных веществ. Они обнаружили, что эти клетки могут сравнивать концентрации питательных веществ по длине своего клеточного тела — феномен, названный «пространственным зондированием» (spatial sensing).

Значение открытия

Ведущий автор исследования, доктор Джейми Уилер, отметил: «Эта работа меняет наше понимание того, как бактерии ориентируются и ощущают окружающую среду. Она проливает новый свет на то, как бактерии могут направлять свою подвижность во время инфекции у человека и как этим можно потенциально управлять с помощью различных клинических методов лечения».

Открытие означает, что бактериям не обязательно двигаться, чтобы ощущать изменения в химической среде. Это предполагает, что плотно упакованные бактерии в локализованных очагах инфекции могут использовать эту информацию для управления своим поведением. Эта способность ставит новые вопросы о механизмах, которые бактерии используют для выполнения этих микроскопических измерений, и о том, как на них можно воздействовать с помощью противомикробных препаратов.

Доктор Уилер добавил: «Как это часто бывает, ответ на один вопрос породил целый ряд новых неизвестных. Уже запланированы новые захватывающие эксперименты, чтобы продолжить написание этой новой главы в нашем понимании того, как бактерии перемещаются в своей среде».