Йонг Ван, доцент физики и аспирант Асмаа Садун изучали, как молекулы проходят через бактериальную цитоплазму, чтобы понять, как функционируют эти крошечные организмы. Используя новые высокотехнологичные инструменты, они впервые смогли наблюдать определенные процессы в живых бактериях. Они опубликовали свои результаты в журнале Physical Review E.

Изображение слева показывает пример сверхразрешимых изображений белков H-NS в отдельных кишечных палочках. На изображении справа показаны примеры траекторий белков H-NS. Фото: Университет Арканзаса

Исследователи использовали комбинацию флуоресцентной микроскопии сверхвысокого разрешения и метода, называемого одночастичным отслеживанием, для изучения того, как тип белка, называемый H-NS, движется через цитоплазму клеток E.coli. Исследователи выбрали этот белок, потому что он взаимодействует как с белками, так и с ДНК, и помогает регулировать экспрессию генов в бактериях. Понимание экспрессии бактериальных генов может привести к новым методам снижения устойчивости бактерий к антибиотикам.

В этом исследовании ученые узнали новую информацию об этом белке и о свойствах бактериальной цитоплазмы. Ван описывает цитоплазму как «густой суп из белков, ДНК и различных других молекул». Поскольку бактерии не имеют транспортных систем, таких как пищеварительная или кровеносная системы, они зависят от диффузии молекул через этот суп для процессов, которые поддерживают они живы.

Отслеживая движение H-NS через цитоплазму кишечной палочки, исследователи смогли рассчитать вязкоупругость цитоплазмы. Они обнаружили, что бактериальный «суп» ведет себя не так, как раствор гомогенного белка.

Предыдущие исследования, в которых использовались гомогенные растворы, изученные in vitro, показали, что в этих растворах как эластичность, так и вязкость со временем снижались. Другими словами, решения стали и тоньше, и мягче. Однако у настоящих бактерий Wang и Sadoon обнаружили, что после определенного промежутка времени вязкость или толщина цитоплазмы сглаживаются, поэтому бактериальная цитоплазма становится мягче, не истончаясь.

«Ожидается, что наши результаты в корне изменят взгляд на бактериальную цитоплазму», — объясняют исследователи в статье. «В отличие от простой вязкой или вязкоупругой жидкости, которую обычно рассматривают современные модели бактериальных процессов, бактериальная цитоплазма ведет себя по-разному в разных временных масштабах с точки зрения механических свойств, что, как ожидается, повлияет на различные взаимодействия между небольшими молекулами, белками и молекулами ДНК / РНК внутри бактерии, а также бактериальные взаимодействия с другими видами, такими как бактериофаги. »

По материалам phys.org