Биологи узнали, как бактерии обмениваются генами в экстремальных условиях

Устойчивость к действию антибиотиков и другие выгодные адаптации, имеющиеся у одной бактерии, могут передаваться ее соседям в процессе горизонтального переноса генов. Один из основных механизмов такого переноса — конъюгация, непосредственное соединение клеток специальными белковыми нитями, F-пилями, которые удерживают их вместе для обмена фрагментами ДНК.

Нити F-пилей — довольно длинные и тонкие, поэтому считается, что конъюгацию можно затруднить или вовсе нарушить внешним воздействием, например интенсивным перемешиванием. Однако новая работа ученых из Имперского колледжа Лондона показала, что такие условия ничуть не мешают конъюгации и переносу генов. F-пили оказались неожиданно прочными и устойчивыми, выдерживая и высокие температуры, и химически агрессивную среду. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Йонаш Патковски (Jonasz Patkowski) и его коллеги проводили эксперименты с конъюгирующими бактериями кишечной палочки. Обнаружилось, что перемешивание среды только повышает эффективность переноса генов между ними и стимулирует образование прочной биопленки, объединения бактерий, которое повышает их устойчивость к негативным факторам среды.

Ученые закрепляли отдельные клетки на подложке и растягивали из F-пили, показав, что они исключительно эластичны. Помимо этого, белковые нити выдерживали воздействие достаточно агрессивных химических веществ, таких как мочевина и натриевая щелочь, и температуры вплоть до 100 °C. Чтобы выяснить, откуда возникает такая стабильность, биологи рассмотрели молекулярную структуру F-пилей кишечной палочки.

Эти нити сложены из множества отдельных блоков — белковых мономеров, дополнительно стабилизированных фосфолипидами. Компьютерное моделирование показало, что именно фосфолипиды обеспечивают их эластичность и упругость, позволяя изгибаться, растягиваться и сокращаться, на манер пружины. Без них белковые нити легко разрывались бы на отдельные фрагменты.

Все это позволит нам лучше разобраться с тем, как у бактерий происходит горизонтальный обмен генами — важнейший фактор распространения устойчивости к антибиотикам, которая с каждым годом приводит к все большему количеству тяжелых болезней и смертей. Кроме того, необычные свойства пилей могут пригодиться инженерам и помогут в разработке более прочных молекулярных структур.