Изучение строения бактерий важно для понимания эволюции многоклеточных и разработки новых терапевтических стратегий против патогенов. Морфология этих организмов во многом определяет их свойства и функции: например, от формы клетки и поверхностных структур зависит подвижность, а от путей биосинтеза — метаболизм. При этом исследование бактерий ограничено не только размерами (в среднем 0,5–5 микрометров), но и высокой изменчивостью. Чтобы зафиксировать образец и получить трехмерную визуализацию, используется криоэлектронная томография (electron cryo-tomography, ECT). Метод заключается в охлаждении прокариоты до -150 градусов Цельсия и помещении в электронный микроскоп.
Полученные с помощью ECT трехмерные томограммы позволяют детализировать строение микроорганизмов в масштабе 5–60 нанометров. Однако, в отличие от поверхностных структур, прямое наблюдение некоторых элементов цитоплазмы, путем ECT невозможно. Для их описания ученые привлекают инструментарий генетики и сочетают техники микроскопии. Как правило, результаты подобных работ сосредоточены на отдельных видах. Однако в 2015 году специалисты из Калифорнийского технологического института (Caltech) собрали массив томограмм разных бактерий и в новой статье представили каталог структур, существование которых в бактериальных клетках до сих пор оставалось неизвестным.
Данные были получены в рамках рассмотрения 88 видов бактерий, в том числе: Azospirillum brasilense (помогают корням растений удерживать воду), Bdellovibrio bacteriovorus (могут сдерживать рост популяций бактерий в отсутствие антибиотиков), Vibrio cholerae (представители некоторых серогрупп выступают возбудителями холеры), Borrelia burgdorferi (возбудитель клещевого боррелиоза), Caulobacter crescentus (играет важную роль в углеродном цикле), Escherichia coli (распространены в кишечнике теплокровных), Hyphomonas neptunium и бактерий из рода Prosthecobacters. Всего авторы проанализировали более 15 тысяч томограмм и выделили четыре категории структур, характерных для нескольких таксонов.
К таким структурам группа отнесла: «наносферы» — полые гранулы с толстыми стенками диаметром 18–37 нанометров, расположенные кластерами у периферии цитоплазмы; филаменты, массивы, цепочки — нитиевидные образования вариативной сложности, длины и ширины, наблюдаемые в ходе деления клеток; трубочки — белковые внутриклеточные формирования, которые, в отличие от известных микротрубочек, могли иметь сравнительно большой размер — до 20 нанометров в диаметре; везикулы — органоиды, транспортирующие питательные вещества, размещенные около мембраны. Последние встречались почти у всех видов, хотя до сих пор ремоделирование мембраны у бактерий не доказано.
По мнению ученых, новый каталог открывает широкие возможности для будущих исследований. Воспользоваться им могут все желающие.
Статья опубликована в The Journal of Bacteriology.
Ранее исследователи показали самый подробный атлас человеческих белков.
Наука
Денис Стригун
