Полярный рост у бактерий открывает новые мишени для антибиотиков

Международная команда микробиологов под руководством исследователей из Университета Индианы обнаружила новый процесс роста бактерий — происходящий на одном конце (полюсе) клетки, а не равномерно вдоль её длинной оси. Это открытие может иметь значение для разработки новых антибактериальных стратегий.

Ранее, на основе детальных исследований палочковидных бактерий, таких как Escherichia coli и Bacillus subtilis, считалось, что большинство бактерий растут бинарным делением — дисперсным способом, при котором новый материал клеточной стенки встраивается равномерно вдоль длинной оси клетки.

Новое исследование, опубликованное 17 января в Proceedings of the National Academy of Sciences, сообщает о неожиданном открытии: рост клеток у большой группы палочковидных бактерий происходит за счёт встраивания нового материала клеточной стенки только на одном конце (полюсе) клетки, а не дисперсным способом. Клеточная стенка клетки-предшественницы остаётся в основном нетронутой, а весь новый материал клеточной стенки переходит в новую клетку.

Полярный рост четырёх видов бактерий — растительного симбионта Sinorhizobium meliloti, фитопатогена Agrobacterium tumefaciens и патогенов человека Brucella abortus и Ochrobactrum anthropi — был зафиксирован с помощью микроскопии в режиме замедленной съёмки и просвечивающей электронной микроскопии. Все эти родственные бактерии относятся к обширному и разнообразному классу Alphaproteobacteria. Полученные результаты позволяют предположить, что полярный рост широко распространён среди многих таксонов бактерий, включая группы за пределами Alphaproteobacteria.

По мнению исследователей, у сохранения полярного роста может быть несколько причин. Этот процесс может помогать закреплять повреждённый материал только в стареющей материнской клетке, служить инструментом экономии энергии за счёт ограничения роста одной областью клетки, а также, обеспечивая, что новорождённые клетки состоят из вновь синтезированных белков внешней мембраны, помогать патогенам избегать обнаружения иммунной системой хозяина.

«В результате полярного роста две бактериальные клетки на самом деле сильно различаются, — говорит ведущий автор Ив Брюн. — Одна клетка содержит всю старую клеточную стенку и поверхностные молекулы, включая повреждённые. В то же время другая клетка состоит из вновь синтезированного, относительно чистого материала».

Обеспечение того, что некоторые клетки состоят из новых поверхностных молекул, может помогать бактериям варьировать состав своей поверхности. Способность делать это быстро считается преимуществом для адаптации к новым условиям. Поскольку защитные системы многих растений и животных распознают поверхность бактериальных клеток, быстрое изменение клеточной поверхности может позволить таким бактериям избежать обнаружения иммунной системой хозяина.

«Эти данные ясно показывают, что широко принятая модель бинарного деления не является общим правилом, и предполагают, что полярный рост может быть широко распространён, — говорит соавтор Клей Фукуа. — Поэтому будущая работа, направленная на понимание молекулярного механизма, лежащего в основе полярного роста, должна предоставить привлекательные мишени для разработки новых антибактериальных стратегий».

Понимание механизмов роста бактерий уже позволило разработать стратегии для ограничения размножения болезнетворных бактерий. Например, пенициллин нацелен на активно растущие клетки, напрямую ингибируя белки, ответственные за синтез клеточной стенки, необходимый для роста клеток. Новые данные о росте бактериальных клеток также использовались для стимулирования роста определённых бактерий, применяемых для ликвидации разливов нефти и борьбы с комарами — переносчиками болезней.