Синегнойная палочка наносит ответный удар

Бактерии обладают сенсорными механизмами, которые позволяют им адаптироваться к изменениям окружающей среды, регулируя экспрессию генов и активность белков в ответ на раздражитель. Один из примеров такой регуляции — сборка системы секреции типа VI (T6SS), которая используется грамотрицательными бактериями для доставки токсинов в клетки бактерий-конкурентов или хозяина патогенов. У некоторых бактерий T6SS активируется в ответ на контакт с соседними клетками или повреждение мембраны. Группа ученых из Базельского университета показала, что механическое повреждение внешней мембраны синегнойной палочки (Pseudomonas aeruginosa) вызывает быструю и локализованную сборку HI-T6SS. Эти данные позволяют предположить, что бактерии могут реагировать на физическое воздействие как на сигнал для защиты от конкурентов.

В экспериментах исследователи использовали атомно-силовую микроскопию (АСМ), чтобы механически воздействовать на бактериальные клетки, и отслеживали сборку защитной системы H1-T6SS в реальном времени с помощью флуоресцентной микроскопии. Для этого они создали штамм, в котором белок TssB1 — компонент сократительного механизма H1-T6SS — был помечен флуоресцентным белком mNeonGreen. Механическое давление AСМ-зонда вызывало сборку H1-T6SS в месте контакта. Среднее время такого ответа составляло 13 секунд, и он продолжался до 151 секунды, в ходе которых последовательно собирались комплексы H1-T6SS. Большинство комплексов формировалось в направлении приложения силы, что подтверждает, что механическая стимуляция напрямую запускает сборку H1-T6SS. Опыты с делецией генов показали, что этот ответ зависит от сигнального каскада, участвующего в ответе на бактериальные атаки.

Ученые протестировали разные нагрузки и скорости приложения силы, определяя частоту отклика как процент клеток, у которых наблюдалась сборка H1-T6SS после механической стимуляции. При нагрузках 5–15 наноньютонов (нН) частота отклика постепенно возрастала и достигала 40%, независимо от скорости приложения силы. При более высоких нагрузках (≥35 нН) отклик возрастал до 85%, при этом скорость приложения силы практически не влияла на результат. Далее ученые определили пороговую силу, активирующую сборку комплекса. Было показано, что при приложении силы выше 7 нН происходит нарушение целостности внешней мембраны, что в 88% случаев инициирует сборку H1-T6SS. Последующее разрушение слоя пептидогликанов и внутренней мембраны требует большей силы (около 24 нН), но не обязательно для запуска клеточного ответа. Таким образом, повреждение внешней мембраны само по себе служит достаточным сигналом для активации защитного механизма бактерии.

Дополнительно исследователи показали, что химическое повреждение внешней мембраны также может активировать сборку H1-T6SS в клетках Pseudomonas aeruginosa. Для этого они использовали нонапептид на основе полимиксина B — PMBN — который разрушает только внешнюю мембрану, не затрагивая внутреннюю. Обработка клеток PMBN приводила к увеличению активности H1-T6SS в течение нескольких минут — это подтверждает, что повреждения только внешней мембраны достаточно для активации системы. Полимиксин B (PMB), который повреждает и внешнюю, и внутреннюю мембрану, также вызывал увеличение сборки H1-T6SS, но с более интенсивным и продолжительным откликом.

Работа демонстрирует, что повреждение внешней мембраны Pseudomonas aeruginosa вызывает быструю сборку комплекса системы секреции VI типа. Точность такого ответа позволяет бактерии эффективно поражать нападающую клетку, при этом не расходуя силы на «удары в пустоту». Синегнойная палочка — один из ключевых возбудителей внутрибольничных инфекций, который зачастую обладает высокой устойчивостью к антибиотикам. Сведения о ее защитных механизмах в перспективе можно будет применять для борьбы с этим патогеном.