1
Legalábbis eddig. Lorenzo Talà, az EPFL Biomérnöki és Globális Egészségügyi Intézeteinek Alexandre Persat laboratóriumának PhD-hallgatója kifejlesztett egy mikroszkópos módszert, amellyel közvetlenül megfigyelhetők azok a struktúrák, amelyeket sok baktérium használ a kúszáshoz.
“A baktériumok felületét fehérjefilamentumok díszítik, amelyek részt vesznek a mozgásban, a tapadásban, a jelátvitelben és a patogenitásban, és amelyek végső soron azt szabályozzák, hogy a baktériumok hogyan lépnek kölcsönhatásba a környezetükkel” – mondja Talà. “Ezek azonban olyan kicsik, hogy megfigyelésük élő sejtekben rendkívül bonyolult. Így kevés ismeretünk maradt dinamikus tevékenységükről.”
Ez különösen igaz a “IV. típusú pili”-ként ismert struktúrákra: a nanométer széles filamentumokra, amelyek számos baktérium felszínéről kinyúlnak és visszahúzódnak, és a “rángatózó motilitás” néven ismert módon segítik a járásukat. A kifejezés talán nem hangzik túl komolyan, de mechanikusan aktiválja a virulenciát bizonyos kórokozókban — ami azt jelenti, hogy elsődleges célpontot jelent a velük szembeni küzdelemben.
A tudósok a Pseudomonas aeruginosa baktériumot vizsgálták, egy opportunista kórokozót, amely gyakran megtalálható a talajban. Orvosi szempontból az egyik legaggasztóbb baktérium: a kórházi fertőzések és a cisztás fibrózis, a traumás égési sérülések és az immunhiányos betegek súlyos fertőzéseinek vezető okozója, és jelenleg az Egészségügyi Világszervezet antibiotikum-rezisztens figyelőlistáján az első helyen áll.
De vajon az egyes baktériumok a IV. típusú pili mozgását hangszerelik a motilitásuk működtetéséhez? “A Pseudomonas aeruginosa IV-es típusú pili és a virulencia mechanikus aktiválásának vizsgálata során egy technikai paradoxon okozott frusztrációt: a pili, de a fimbriák, flagellák és injekciós rendszerek is állandóan az egyes sejteken kívülre nyúlnak, tehát miért nem tudjuk közvetlenül vizualizálni őket?”
Azért, hogy ezt kiküszöböljék, a kutatók egy új mikroszkópiai módszert vizsgáltak, amelynek úttörője Philipp Kukura, az Oxfordi Egyetem munkatársa volt. Az interferometrikus szórásmikroszkópia (iSCAT) nevű technikával képesek voltak látni ezeket a nanométer széles szálakat élő sejtekben, kémiai jelölés nélkül, nagy sebességgel és három dimenzióban.
“Az iSCAT jelentős technológiai előrelépést jelent a mikrobiológiában” – mondja Persat. “Nemrégiben leírtuk a vizualizációs technikát, és széleskörű pozitív visszajelzéseket kaptunk a különböző tudományágak tudósaitól, egyszerűen azért, mert végre dinamikusan megfigyelhettük a pili-ket élő baktériumokban, közvetlenül a kultúrából.”
A IV-es típusú pili-mozgások koordinációjának megértéséhez a tudósok az iSCAT segítségével a felszíni rögzítés, visszahúzódás és sejttest elmozdulások egymásutánjának pontos időzítésére összpontosítottak. A megközelítés három kulcsfontosságú eseményt tárt fel, amelyek a felszínen való sikeres és energetikailag hatékony mozgáshoz vezetnek.
Először is, a pilus hegyének érintkezése a felülettel aktivál egy molekuláris motort, amely elindítja a visszahúzódást. Másodszor, ez a visszahúzódás fokozza a pilusz rögzülését a felülethez, növelve a baktérium elmozdulását. Végül egy második, erősebb molekuláris motor erősíti a baktérium elmozdulását nagy súrlódás esetén.
Ez a szekvencia azt mutatja, hogy a pilusok érzékelőként működnek, és egy új mechanizmust tár fel, amellyel a baktériumok kölcsönhatásba lépnek a felületekkel. Az is kiderül, hogy a baktériumok szenzoros mechanizmusokat használnak a mozgási gépezetük dinamikus mozgásának koordinálására, ami meglepő analógiát mutat azzal, ahogyan a magasabb rendű szervezetek, köztük az emberek is mozgatják végtagjaikat az elmozdulás érdekében.
“Az emberi központi idegrendszer mechanoszenzoros jeleket dolgoz fel a motoros komponensek egymás utáni bekapcsolása érdekében, így váltva ki az izomösszehúzódást és eredményezve a járást” – magyarázza Talà. “Munkánk azt mutatja, hogy a baktériumok ugyanígy használják az érintésérzékelést a molekuláris motorok szekvenciális bekapcsolására, a pili kihúzódásának és visszahúzódásának ciklusait generálva, amelyek járásmintát eredményeznek.”