- 28,191
- 46
- 8 Ноя 2022
Оказалось, что процесс можно запустить по команде, а это отличная новость для онкологов.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:800/450;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
Бактериальные пленки умеют делать то, чего от них раньше не ждали: выбрасывать часть клеток наружу, когда колония приближается к гибели. Механизм напоминает аварийную капсулу в фантастическом фильме, только вместо экипажа из разрушающегося корабля наружу вылетают отдельные бактериальные клетки, способные уплыть и заселить новое место.
Биопленки образуют плотные сообщества бактерий на самых разных поверхностях. В воде бактериальные скопления покрывают камни скользким слоем, в трубах превращаются в слизистые отложения, а в организме человека живут на коже и зубах. Клетки внутри биопленки держатся вместе благодаря внеклеточному матриксу. Так называют сеть молекул, которая связывает клетки, поддерживает форму сообщества и защищает бактерии от внешней среды.
Раньше считалось, что умирающая биопленка просто распадается и постепенно исчезает. Наблюдения за Bacillus subtilis, или сенной палочкой, показали более сложную картину. В конце жизненного цикла бактериальное сообщество не только разрушается, а с силой выбрасывает определенные клетки изнутри наружу. Эти клетки получают шанс покинуть опасную среду, сохранить жизнеспособность и начать новую колонию в другом месте.
Зафиксировать процесс помогла съемка с разрешением на уровне отдельных клеток. Такой подход позволил проследить, как меняется внеклеточный матрикс и откуда берется сила для выброса. Без детального изображения процесс оставался скрытым: со стороны разрушение биопленки можно принять за обычное растворение или распад.
Физику выброса разобрали с помощью математического моделирования. Главную роль играет гидрогель, который бактерии создают самостоятельно. Гидрогель формируется из полимера поли-гамма-глутаминовой кислоты, или γ-PGA. Такая структура хорошо впитывает воду и способна удерживать массу жидкости, примерно в тысячу раз превышающую собственный вес.
Когда γ-PGA набухает, внутри биопленки растет механическое давление. Набухший гидрогель начинает выталкивать внутренние клетки через внешние слои бактериального сообщества. В результате часть клеток прорывается наружу и отделяется от биопленки. Речь идет не о случайном осыпании поверхности, а о внутреннем механизме разрыва, который запускает сама колония.
Бактерии используют выброс при нехватке питательных веществ и других угрозах. Для всей колонии гибель может быть неизбежной, но отдельные подвижные клетки получают шанс спастись. После выхода из биопленки они могут уплыть, найти более подходящую среду и закрепиться на новой поверхности. Биопленка в таком случае сохраняет не тело старого сообщества, а возможность продолжить линию через небольшую группу клеток.
Неожиданность открытия усиливает сравнение с животным миром. При поиске похожих механизмов ученые нашли близкую способность только у медуз. Для бактерий, которые обычно воспринимаются как простые одноклеточные организмы, подобное поведение показывает, насколько сложной может быть жизнь внутри микроскопического сообщества.
После описания механики процесса удалось проверить управление разрывом биопленки. Исследователи воздействовали на систему генетическими и химическими методами и показали, что усиленная выработка γ-PGA может принудительно разрушить бактериальную пленку. Чем больше полимера накапливается в структуре, тем сильнее набухает гидрогель и тем выше шанс разрыва сообщества.
Практический интерес связан с устойчивостью антибиотикам . Внутри плотного матрикса бактерии хуже поддаются лечению, а вредные сообщества могут сохраняться на тканях, медицинских устройствах, трубах и других поверхностях. Если биопленку удастся заставить разрушаться без антибиотиков и токсичных химикатов, появится дополнительный способ бороться с бактериальными скоплениями, которые трудно убрать обычными методами.
Работа также может помочь лучше понять другие плотные клеточные сообщества . Опухоли имеют отдельные общие черты с бактериальными биопленками: клетки держатся вместе, взаимодействуют с окружающим матриксом и могут отделяться от основной массы. Метастазирование, при котором раковые клетки покидают опухоль и распространяются по организму, устроено иначе, но сама идея принудительного выхода клеток из сообщества дает биологам еще одну модель для изучения.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:800/450;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
Бактериальные пленки умеют делать то, чего от них раньше не ждали: выбрасывать часть клеток наружу, когда колония приближается к гибели. Механизм напоминает аварийную капсулу в фантастическом фильме, только вместо экипажа из разрушающегося корабля наружу вылетают отдельные бактериальные клетки, способные уплыть и заселить новое место.
Биопленки образуют плотные сообщества бактерий на самых разных поверхностях. В воде бактериальные скопления покрывают камни скользким слоем, в трубах превращаются в слизистые отложения, а в организме человека живут на коже и зубах. Клетки внутри биопленки держатся вместе благодаря внеклеточному матриксу. Так называют сеть молекул, которая связывает клетки, поддерживает форму сообщества и защищает бактерии от внешней среды.
Раньше считалось, что умирающая биопленка просто распадается и постепенно исчезает. Наблюдения за Bacillus subtilis, или сенной палочкой, показали более сложную картину. В конце жизненного цикла бактериальное сообщество не только разрушается, а с силой выбрасывает определенные клетки изнутри наружу. Эти клетки получают шанс покинуть опасную среду, сохранить жизнеспособность и начать новую колонию в другом месте.
Зафиксировать процесс помогла съемка с разрешением на уровне отдельных клеток. Такой подход позволил проследить, как меняется внеклеточный матрикс и откуда берется сила для выброса. Без детального изображения процесс оставался скрытым: со стороны разрушение биопленки можно принять за обычное растворение или распад.
Физику выброса разобрали с помощью математического моделирования. Главную роль играет гидрогель, который бактерии создают самостоятельно. Гидрогель формируется из полимера поли-гамма-глутаминовой кислоты, или γ-PGA. Такая структура хорошо впитывает воду и способна удерживать массу жидкости, примерно в тысячу раз превышающую собственный вес.
Когда γ-PGA набухает, внутри биопленки растет механическое давление. Набухший гидрогель начинает выталкивать внутренние клетки через внешние слои бактериального сообщества. В результате часть клеток прорывается наружу и отделяется от биопленки. Речь идет не о случайном осыпании поверхности, а о внутреннем механизме разрыва, который запускает сама колония.
Бактерии используют выброс при нехватке питательных веществ и других угрозах. Для всей колонии гибель может быть неизбежной, но отдельные подвижные клетки получают шанс спастись. После выхода из биопленки они могут уплыть, найти более подходящую среду и закрепиться на новой поверхности. Биопленка в таком случае сохраняет не тело старого сообщества, а возможность продолжить линию через небольшую группу клеток.
Неожиданность открытия усиливает сравнение с животным миром. При поиске похожих механизмов ученые нашли близкую способность только у медуз. Для бактерий, которые обычно воспринимаются как простые одноклеточные организмы, подобное поведение показывает, насколько сложной может быть жизнь внутри микроскопического сообщества.
После описания механики процесса удалось проверить управление разрывом биопленки. Исследователи воздействовали на систему генетическими и химическими методами и показали, что усиленная выработка γ-PGA может принудительно разрушить бактериальную пленку. Чем больше полимера накапливается в структуре, тем сильнее набухает гидрогель и тем выше шанс разрыва сообщества.
Практический интерес связан с устойчивостью антибиотикам . Внутри плотного матрикса бактерии хуже поддаются лечению, а вредные сообщества могут сохраняться на тканях, медицинских устройствах, трубах и других поверхностях. Если биопленку удастся заставить разрушаться без антибиотиков и токсичных химикатов, появится дополнительный способ бороться с бактериальными скоплениями, которые трудно убрать обычными методами.
Работа также может помочь лучше понять другие плотные клеточные сообщества . Опухоли имеют отдельные общие черты с бактериальными биопленками: клетки держатся вместе, взаимодействуют с окружающим матриксом и могут отделяться от основной массы. Метастазирование, при котором раковые клетки покидают опухоль и распространяются по организму, устроено иначе, но сама идея принудительного выхода клеток из сообщества дает биологам еще одну модель для изучения.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
