1
Până acum, adică. Lorenzo Talà, doctorand în laboratorul lui Alexandre Persat de la Institutul de Bioinginerie și Sănătate Globală al EPFL, a dezvoltat o metodă de microscopie care poate observa direct structurile pe care multe bacterii le folosesc pentru a se târî.
„Suprafețele bacteriene sunt decorate cu filamente de proteine implicate în motilitate, aderență, semnalizare și patogenitate, care, în cele din urmă, guvernează modul în care bacteriile interacționează cu mediul lor”, spune Talà. „Cu toate acestea, ele sunt atât de mici încât observarea lor în celule vii este extrem de complexă. Așa că am rămas cu puține cunoștințe despre activitățile lor dinamice.”
Acest lucru este valabil mai ales pentru structurile cunoscute sub numele de „pili de tip IV”: filamente cu lățimea de un nanometru care se extind și se retrag de la suprafața multor bacterii, ajutându-le să meargă într-un mod cunoscut sub numele de „motilitate de contracție”. Termenul ar putea să nu sune foarte serios, dar acesta activează mecanic virulența în anumiți agenți patogeni – ceea ce înseamnă că este o țintă principală pentru combaterea acestora.
Cei care au studiat bacteria Pseudomonas aeruginosa, un agent patogen oportunist care se găsește în mod obișnuit în sol. Este una dintre cele mai îngrijorătoare bacterii din punct de vedere medical: o cauză principală a infecțiilor nosocomiale și a infecțiilor grave la pacienții cu fibroză chistică, arsuri traumatice și pacienți imunocompromiși, este acum pe locul 1 pe lista de supraveghere a Organizației Mondiale a Sănătății privind rezistența la antibiotice.
Dar bacteriile singure orchestrează mișcarea pili de tip IV pentru a-și alimenta motilitatea? „În studiile noastre privind pili de tip IV și mecano-activarea virulenței la Pseudomonas aeruginosa, un paradox tehnic a fost o sursă de frustrare: pili, dar și fimbriae, flageli și sisteme de injecție se extind permanent în afara celulelor unice, așa că de ce nu le putem vizualiza direct?”
Pentru a depăși acest lucru, cercetătorii au explorat o metodă de microscopie emergentă, inițiată de colaboratorul lor Philipp Kukura de la Universitatea Oxford. Folosind o tehnică numită microscopie interferometrică de împrăștiere (iSCAT), ei au reușit să vadă aceste filamente de dimensiuni nanometrice în celule vii, fără etichete chimice, la viteză mare și în trei dimensiuni.
„iSCAT reprezintă un progres tehnologic major în microbiologie”, spune Persat. „Am descris recent tehnica de vizualizare și am primit un feedback pozitiv extins în rândul oamenilor de știință din diverse discipline, pur și simplu pentru că am putut în sfârșit să observăm în mod dinamic pili în bacterii vii, direct din cultură.”
Pentru a înțelege coordonarea mișcărilor pili de tip IV, oamenii de știință s-au concentrat pe sincronizarea precisă a succesiunii de atașare la suprafață, retragere și deplasări ale corpului celular cu ajutorul iSCAT. Abordarea a scos la iveală trei evenimente cheie care conduc la o deplasare reușită și eficientă din punct de vedere energetic pe suprafețe.
În primul rând, contactul vârfului pilusului cu suprafața activează un motor molecular care inițiază retracția. În al doilea rând, această retracție îmbunătățește atașarea pilusului la suprafață, mărind deplasarea bacteriei. În cele din urmă, un al doilea motor molecular, mai puternic, forțează deplasarea bacteriei în condiții de frecare ridicată.
Această secvență arată că pilii acționează ca senzori și dezvăluie un nou mecanism prin care bacteriile interacționează cu suprafețele. De asemenea, dezvăluie faptul că bacteriile folosesc mecanisme senzoriale pentru a coordona mișcarea dinamică a mașinăriilor lor de motilitate, într-o analogie izbitoare cu modul în care organismele superioare, inclusiv oamenii, își mișcă membrele pentru a genera deplasare.
„Sistemul nervos central uman procesează semnalele mecanosenzoriale pentru a angaja secvențial componentele motorii, declanșând astfel contracția musculară și având ca rezultat mersul”, explică Talà. „Lucrarea noastră arată că, în același mod, bacteriile folosesc simțul tactil pentru a angaja secvențial motoare moleculare, generând cicluri de extensie și retracție a pili care au ca rezultat un model de mers.”
.