Ученые раскрыли механизм образования мембранных везикул у грамположительных бактерий
Мембранные везикулы — наноразмерные сферы из клеточной мембраны, содержащие биомолекулы, — выделяются многими бактериями. Они участвуют в межклеточных взаимодействиях, переносят ДНК и белки и имеют потенциал для применения в нанотехнологиях и биомедицине (включая лечение рака). Однако механизм их образования, особенно у грамположительных бактерий с толстой клеточной стенкой, оставался загадкой.
Японские и швейцарские исследователи изучили этот процесс на модели Bacillus subtilis, используя два метода:
- Видеосъемка живых клеток (live cell imaging) для наблюдения в реальном времени.
- Электронная криотомография (electron cryotomography) для получения высокодетальных 3D-структур клеток в близком к нативному состоянии.
Ключевые открытия:
Клетки, выделяющие везикулы, погибали, но сохраняли структуру.
В клеточной стенке образовывались небольшие отверстия, через которые клеточная мембрана выпячивалась и формировала везикулу.
Отверстия создавал фермент эндолизин — обычно его используют бактериофаги (вирусы бактерий), чтобы разрушить стенку хозяина для выхода в окружающую среду.
«Мы обнаружили, что мембранный материал выдавливается через отверстие в клеточной стенке, формирует везикулу и в итоге отделяется от клетки», — пояснил первый автор Масанори Тоёфуку.
- Высвобожденный эндолизин может повреждать стенки соседних клеток, запуская образование везикул и у них (явление, наблюдаемое с помощью видеосъемки). Ранее эндолизин уже был известен как индуктор образования везикул у грамотрицательных бактерий.
Значение и перспективы:
- Результаты указывают на универсальную роль эндолизинов в образовании мембранных везикул у бактерий.
- Выдвинуто предположение, что продукция везикул может быть важна для нейтрализации агентов окружающей среды (например, антимикробных пептидов или бактериофагов).
- «Учитывая обилие фагов в природе, лизис клеток может играть основную роль в образовании везикул в естественных условиях», — отметил Лео Эберл.
- Новые знания могут продвинуть применение везикул: «Мы предполагаем, что массовое производство мембранных везикул может быть достигнуто путем создания бактериальных штаммов с контролируемой выработкой эндолизина», — объяснил Нобухико Номура.