Учёные получили чёткие изображения внутренней и внешней структуры бактерий

Исследователи используют сверхбыструю заморозку, чтобы получить соответствующее реальности изображение внутренней и внешней структуры бактерий. Профессор ультраструктурной биологии Ариан Бригель специально приехала в Лейден для проведения этой работы. Лейденский университет — один из немногих институтов в мире, обладающих необходимым оборудованием.

"Микробы, такие как бактерии, повсюду вокруг нас, но они слишком малы, чтобы их увидеть. Вот почему мы так мало о них знаем", — объясняет Бригель. Её область, ультраструктурная биология, сосредоточена на изучении биологических образцов с помощью методов высокого разрешения. Бригель работает в основном с высокоразвитой крио-электронной томографией. "Мы замораживаем бактерии сверхбыстро — настоящая мгновенная заморозка — так что образец оказывается в идеально чистом льду". Процесс настолько быстр, что вода в клетке не успевает кристаллизоваться. "Бактерия остаётся полностью неповреждённой, и на изображении нет дефектов".

Бактерии в их естественном состоянии

Затем образец помещают под продвинутый электронный микроскоп, где его вращают. Бригель: "Затем мы делаем 2D-снимки со всех углов, изнутри и снаружи, как наклейки. Собрав их все вместе, мы можем построить 3D-изображение бактерии. Этот процесс называется томографией — той же техникой, что используется в больницах, когда пациентов помещают в сканер". Сочетание этих методов предлагает совершенно новый взгляд на мир микробов. "Крио-электронная томография — это первая техника для изучения бактерий в их естественном состоянии, точно такими, какими они выглядят обычно".

Уникальное оборудование

Лейденский университет имеет два самых современных микроскопа для электронной томографии в Нидерландском центре электронной наноскопии (NeCEN), который является частью Института биологии. Это единственное учреждение для этой техники в Нидерландах, и всего семь институтов в мире имеют такое оборудование. Это была уникальная возможность и очень важная причина для Бригель приехать в Лейденский университет. "Это первый метод в области биологии, который позволяет нам увидеть структуру, внешнюю оболочку и все внутренние механизмы микробов. Мы надеемся, что это поможет нам узнать больше о бактериях: как они растут, размножаются, двигаются", — комментирует Бригель.

"Нос" бактерий

Одной из первых тем, на которых сосредоточится Бригель, будет движение микробов. Бактерии используют сигналы из окружающей среды, например, наличие или отсутствие определённых химических веществ, чтобы определить, куда им нужно двигаться, например, за пищей. "Мы знаем об этом процессе, называемом хемотаксисом, уже десятилетиями, — объясняет она. — Чего мы не знаем, так это какие структуры бактерии используют для обнаружения сигналов. Или: как выглядит 'нос' бактерий?" Он состоит из тысяч очень чувствительных рецепторов, расположенных в ёлочку на внешней стороне бактерии. "Теперь мы также хотим узнать, как выглядит 'нос' патогенных бактерий, таких как холерный вибрион. Как только мы получим чёткое представление о том, как бактерии 'чувствуют', куда им нужно двигаться, это, вероятно, даст нам некоторые подсказки о том, как предотвращать инфекции".

Фундаментальные исследования

В своей инаугурационной лекции Бригель также твёрдо выступает за фундаментальные исследования. "Существует тенденция в первую очередь проводить или финансировать исследования, которые дадут немедленные результаты, такие как лекарства или промышленные приложения. Я понимаю, почему акцент делается на этих вещах, но фундаментальные исследования не должны страдать из-за этого". Она связывает это со своей собственной работой. Собрав всевозможную базовую информацию о бактериях — как они выглядят, как двигаются — можно будет разработать новые способы предотвращения инфекций. Это чрезвычайно полезно, учитывая рост числа устойчивых к антибиотикам бактерий и тот факт, что возможности для дальнейшего развития текущих антибиотиков почти исчерпаны. "Но это возможно, если у нас есть изображение базового компонента — бактерии. Если финансирование исследований идёт только на исследования, от которых ожидают немедленных результатов, это всё равно что надеть на исследователей шоры. Тогда вы никогда не узнаете, что упускаете".