İnanılmaz Görüntüler Yaşayan Bakterilerin Karmaşık Yüzünü Daha Önce Hiç Olmadığı Gibi Ortaya Çıkarıyor
UCL araştırmacıları tarafından şimdiye kadar kaydedilen en keskin canlı bakteriler görüntüleri, birçok bakteriyi çevreleyen ve antibiyotikler tarafından öldürülmelerini zorlaştıran koruyucu tabakanın karmaşık mimarisini ortaya çıkardı.
Bugün (25 Ekim 2021) yayınlanan çalışma, ABD Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri King’s College London’daki Ulusal Fizik Laboratuvarı’ndaki bilim adamları ile işbirliği içinde yapıldı, Oxford Üniversitesi, ve Princeton Üniversitesi, Gram negatif bakteriler olarak adlandırılan koruyucu dış katmanlara sahip bakterilerin yüzeylerinde daha güçlü ve daha zayıf noktalar olabileceğini ortaya koyuyor.
Ekip, bakterilerin koruyucu dış zarının, protein içermiyor gibi görünen yamalar ile değişen yoğun protein yapı blokları ağları içerdiğini buldu. Bunun yerine, bu yamalar, dış zarı sıkı tutan şekerli zincirlere (glikolipidler) sahip moleküller bakımından zengindir.
Bu önemli bir bulgudur, çünkü Gram negatif bakterilerin sert dış zarı, belirli ilaçların ve antibiyotiklerin hücreye girmesini engeller: bu dış zar, bu tür bakterilerin antimikrobiyal direncinin (dahil olmak üzere) nedenlerinin bir parçasıdır. A. baumannii, P. aeruginosave enterobacteriaceae gibi Salmonella ve E. koli) artık dirençli bakteriler gibi Gram pozitif bakterilerden daha büyük bir tehdit olarak kabul edilmektedir. S. aureus (MRSA olarak da bilinir).
“Dış zar, antibiyotiklere karşı müthiş bir bariyerdir ve bulaşıcı bakterilerin tıbbi tedaviye dirençli hale getirilmesinde önemli bir faktördür. Ancak, bu engelin nasıl bir araya getirildiği nispeten belirsizliğini koruyor, bu yüzden onu bu kadar ayrıntılı bir şekilde incelemeyi seçtik,” diye açıklıyor ilgili yazar Profesör Bart Hoogenboom (UCL ve UCL Fizik ve Astronomi’deki Londra Nanoteknoloji Merkezi).
“Moleküler ölçekten hücresel ölçeğe canlı bakterileri inceleyerek, zar proteinlerinin bakterinin tüm yüzeyini kapsayan bir ağ oluşturduğunu ve protein içermeyen yamalar için küçük boşluklar bıraktığını görebiliriz. Bu, bariyerin bakterinin her yerinde kırılmasının veya gerilmesinin eşit derecede zor olmayabileceğini, ancak antibiyotiklerin de hedef alabileceği daha güçlü ve daha zayıf noktalara sahip olabileceğini gösteriyor.”
Bu mimariyi daha iyi anlamak için bilim adamları, canlılar üzerinde küçük bir iğne yaptılar. Escherichia koli (E. koli) bakteriler, böylece genel şekillerini “hissederler”. İğnenin ucunun sadece birkaç nanometre genişliğinde olması, bakteri yüzeyindeki moleküler yapıların görselleştirilmesini mümkün kıldı.
Ortaya çıkan görüntüler, bakterinin tüm dış zarının, besin maddelerinin girişine izin verirken toksinlerin girişini engelleyen proteinlerin oluşturduğu mikroskobik deliklerle dolu olduğunu göstermektedir. Dış zarın birçok protein içerdiği bilinmesine rağmen, bu kalabalık ve hareketsiz yapı beklenmedik bir şeydi.
Şaşırtıcı bir şekilde, görüntüler protein içermediği anlaşılan birçok yamayı da ortaya çıkardı. Bu yamalar, normalde Gram-negatif bakterilerin yüzeyinde bulunan bir glikolipid içerir. Ek olarak, mutasyonlar nedeniyle zarın bazı kısımları ters çevrildiğinde farklı tipte sivilce benzeri bir yama oluştu. Bu durumda, bu kusurların ortaya çıkması, genellikle sadece Gram pozitif bakterilere karşı etkili olan, ancak Gram negatif bakterilere karşı etkili olmayan bir antibiyotik olan basitrasin’e karşı artan hassasiyet ile koreledir.
Profesör Hoogenboom’un UCL’deki laboratuarında bakteriler üzerinde mikroskopi yapan Georgina Benn tarafından açıklandığı gibi: “Bakteriyel dış zarın ders kitabı resmi, zarın diğer yapı taşlarıyla iyi karışmış, zar üzerinde düzensiz bir şekilde dağılmış proteinleri göstermektedir. . Görüntülerimiz durumun böyle olmadığını, ancak lipid yamalarının, tıpkı yağın sudan ayrılması gibi, protein açısından zengin ağlardan ayrıldığını ve bazı durumlarda bakterilerin zırhında çatlaklar oluşturduğunu göstermektedir. Dış zara bakmanın bu yeni yolu, artık böyle bir düzenin zar işlevi, bütünlüğü ve antibiyotiklere direnç için önemli olup olmadığını ve nasıl önemli olduğunu keşfetmeye başlayabileceğimiz anlamına geliyor.”
Ekip ayrıca bulguların, bakterilerin hızlı büyümeye izin verirken sıkıca paketlenmiş, koruyucu bir bariyeri nasıl koruyabildiklerini açıklamaya yardımcı olabileceğini tahmin ediyor: yaygın bakteri E. koli iki katına çıkar ve uygun koşullarda 20 dakikada bölünür. Glikolipid yamalarının, zarın protein ağlarından daha fazla gerilmesine izin verebileceğini ve zarın bakterinin büyüyen boyutuna uyum sağlamasını kolaylaştırdığını öne sürüyorlar.
Referans: “Escherichia coli’nin dış zarındaki faz ayrımı” 25 Ekim 2021, Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı.
DOI: 10.1073/pnas.2112237118
Çalışma UKRI, Ulusal Sağlık Enstitüleri, Avrupa Araştırma Konseyi ve Birleşik Krallık İş, Enerji ve Endüstriyel Strateji Departmanı tarafından nazikçe finanse edildi.
.