Гномики-инсектоиды и другие неопознанные бактериальные объекты

С развитием методов электронной микроскопии исследователи все больше убеждаются в том, что бактерии – это не какие-то унылые мешочки с ферментами и кислотами, а сложные макромолекулярные машины с разнообразными механизмами, варьирующими от вида к виду. В конце прошлого века появилась электронная криотомография – метод, основанный на заморозке образцов ниже -150 °С, что обездвиживает их без обезвоживания и без участия химических фиксаторов, способных повредить клеточные структуры. Благодаря ему клетки стало возможным рассматривать практически в нетронутом состоянии, создавать визуальные срезы и строить из них трехмерные изображения в довольно высоком разрешении, до 4 нанометров. Так ученым открылись удивительные и сложносочиненные структуры бактериальных клеток – это позволило разобраться или, по крайней мере, выдвинуть правдоподобные гипотезы о том, как бактерии развиваются и работают, как и почему двигаются, как взаимодействуют между собой и с другими микробами, в том числе с вирусами.

Меж тем большое число таких новых для науки структур остаются неопознанными. Например, что это за таинственные гномики стоят на клеточной мембране пресноводной бактерии Prosthecobacter debontii?

Prosthecobacter debontii extracellular appendages

Стоят и смотрят пристально на вас – еще чуть-чуть и попросят платы за право любоваться бактериальными внутренностями. К мембране они прикреплены пятью ножками и в свободное плавание во внешнюю среду не выходят. Из «шляпки» торчат две «антенны» – возможно, для радиосвязи между собой или с другими мирами, но это чисто наша догадка, ученые такие гипотезы выдвигать боятся, так как коллеги могут подумать, что они кукукнулись. По мнению боязливых ученых, эти гномики-инсектоиды представляют собой неизвестную органеллу, или новую систему секреции (типа вот такой), или вообще бактериофаг (только почему-то без капсида).

Международная научная группа, открывшая этих «гномиков», более десятка лет изучает бактерий методом электронной криотомографии. Ученые создали более 15 тысяч таких томограмм, представляющих 88 видов бактерий, и каталогизировали выявленные на них непонятные структуры в свежей научной статье в Journal of Bacteriology.

Azospirillum brasilense extracellular appendages

Еще одна новая разновидность внеклеточных бактериальных структур – крючочки на внешней мембране бактерии Azospirillum brasilense, которая прикрепляется к корням растений и способствует их росту, выделяя гормоны и фиксируя азот. К своим собратьям эти бактерии также могут цепляться, особенно если уровень кислорода завышен. Возможно, для этих цеплятельных целей и нужны крючочки, предполагают авторы открытия.

Vibrio cholerae nanospheres

Внутри бактерий тоже много всего интересного. Например, в периферических областях холерных вибрионов (Vibrio cholerae) обнаружены группы полых «наносфер» диаметром 18–37 нм (N), а рядом с ними постоянно трутся какие-то причудливые филаменты (А). Подобные филаменты, вероятно выполняющие функцию цитоскелета, найдены и у многих других бактерий – они собираются в пучки, цепи и сетки. Также присутствуют одиночные или парные филаменты, расположенные под разными углами к клеточной оболочке, иногда и идущие вдоль нее.

tubes

А вот и трубочки невиданных прежде разновидностей. Они очень крупные – у бактерий Thiomicrospira crunogena (А) их диаметр достигает 19 нм, и состоят они из восьми протофиламентов, окружающих один центральный, что видно по кольцу на поперечном срезе. У других видов трубочки полые (С–Е). А у завсегдатая вашего желудка Helicobacter pylori обнаружена целая батарея колечек диаметром 6 нм (F) – это мощный тяж из трубочек под цитоплазматической мембраной бактерии.

vesicles

Встретились ученым и многочисленные пузырьки, или везикулы – возможное свидетельство мембранных перестроек, о которых у бактерий известно очень мало. Пузырьки разных размеров и форм часто располагаются возле цитоплазматической мембраны. Сферические пузырьки нашлись практически у всех рассмотренных бактерий, большинство из них пусты (A–C), в других наблюдается плотное содержимое (D–F). А у кого-то попались везикулы в форме подковы (G–H) – очевидно, на счастье.

vesicles1

Менее распространенный вариант – уплощенные везикулы, они также обычно пустые и встречаются возле мембран, а иногда будто покрывают собой запасающие гранулы в цитоплазме (А–F). Во многих бактериальных клетках замечены пузырьки, встроенные друг в друга (G–K), а у неназванного штамма JT5 (L) они так встроены, что напоминают циферблат! Возможно ли, что эти наночасики отсчитывают минуты до взрыва бактерии?

periplasmic vesicles

Наконец, везикулы присутствуют и в периплазме – пространстве между плазматической и внешней мембраной у грамотрицательных бактерий. Иногда они даже ветвятся! Множественные пузырьки в периплазме и цитоплазме могут свидетельствовать о стрессе, отмечают авторы.

Все описанные в каталоге неопределенные структуры выполняют свои специализированные функции, которые пока не очень ясны, но, вероятно, позволяют бактериям процветать в разнообразных условиях среды. Понимание этих функций может привести к открытию новых подходов к патогенным и экологически важным микробам, уверяют исследователи. А возможно, поможет найти желанный контакт с инопланетными или параллельными мирами – но это уже чисто наши ожидания, ученые же о таком предпочитают не думать.


Текст: Виктор Ковылин. Научная статья: Journal of Bacteriology (Dobro et al., 2017)

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если хотите поделиться информацией с вашими подписчиками, обязательно ставьте активную ссылку на эту статью. С уважением, Батрахоспермум.

bacteria burst

Вас также могут заинтересовать статьи:
Псевдомонашки взрывают себя в биопленке
Крылатый Чужой обнаружен в земном янтаре
О филогении эльфов


Комментарии:

Высказать свое мудрое мнение