(Benn et al./UCL) Es gibt immer mehr zu entdecken und zu verstehen. Dies trifft zu, wenn Sie in die entlegensten Winkel des Universums hineinzoomen oder wenn Sie auf winzige Organismen heranzoomen. Je mehr Fragen man in der Wissenschaft beantwortet, desto mehr entdeckt man, was gestellt werden muss.
Und so haben Forscher ihre Hochleistungsmikroskope zur schützenden „Haut“ von Bakterien gebracht, in die Tiefen der Organisation dieser Membran geblickt und dabei mehr Details als je zuvor enthüllt.
Gramnegative Bakterien wie Escherichia coli haben äußere Membranen um ihr Inneres an Ort und Stelle zu halten und es vor der Hektik des Bakterienlebens zu schützen. Diese Membranen verfügen über eine fantastische Sammlung von Werkzeugen, darunter Proteine der Außenmembran und Toxine wie z Lipopolysaccharide die Oberfläche beschlagen.
Aber sobald man das weiß, tauchen weitere Fragen auf: Wie passt all diese Fabelhaftigkeit zusammen? Wie ist das Verhältnis von „Noppen“ zu Membran im gesamten Bakterium? Hier kommt die neue Forschung ins Spiel.
„Die äußere Membran stellt eine beeindruckende Barriere gegen Antibiotika dar und ist ein wichtiger Faktor, der infektiöse Bakterien resistent gegen medizinische Behandlung macht.“ „Es bleibt jedoch relativ unklar, wie diese Barriere zusammengesetzt ist, weshalb wir uns entschieden haben, sie so detailliert zu untersuchen“, erklärte der Biophysiker und leitende Autor Bart Hoogenboom vom University College London.
„Indem wir lebende Bakterien auf molekularer bis zellulärer Ebene untersuchen, können wir sehen, wie Membranproteine ein Netzwerk bilden, das sich über die gesamte Oberfläche der Bakterien erstreckt und kleine Lücken für Bereiche hinterlässt, die kein Protein enthalten.“
Die Forscher verwendeten eine Rasterkraftmikroskop Für diese Aufgabe gibt es ein Mikroskop, das kontinuierlich in die Oberfläche der Membran eindringt, um zu bestimmen, wie die Form aussieht. Es ist ein bisschen so, als würde man Blindenschrift lesen, außer mit Lasern statt Fingerspitzen.
Das Team erstellte dann ein wunderbares Bild der Bakterienmembran – es nennt es das schärfste Bild lebender Bakterien aller Zeiten – und zeigte die Dichte der Proteine der Außenmembran auf der Oberfläche.
Rasterkraftmikroskopische Scans zeigen die äußere Membran. (Benn et al., PNAS, 2021)
Wie Sie im Bild oben sehen können, gibt es viele kleine Löcher auf der Oberfläche. Hierbei handelt es sich um Beta-Fass-Proteine, sogenannte Porine, die Tunnel durch die Membran der Bakterien bilden, durch die Moleküle diffundieren können. Die kleinen Abschnitte der glatten Oberfläche hingegen sind die Lipopolysaccharide, die sich beim Zellwachstum ausdehnen können.
„Wir kommen zu dem Schluss, dass die äußere Membran ein Mosaik aus phasengetrennten lipopolysaccharidreichen und proteinreichen Regionen der äußeren Membran ist, deren Erhaltung für die Integrität der Membran und damit für die Lebensweise eines gramnegativen Bakteriums wesentlich ist.“ ' schreibt das Team im neuen Papier.
Natürlich starren Wissenschaftler nicht darauf E coli mit riesigen Mikroskopen nur zum Spaß, so schön das auch wäre. Es gibt gute Gründe dafür, dass wir dieses Maß an Detailverständnis benötigen.
„Das Lehrbuchbild der bakteriellen Außenmembran zeigt Proteine, die ungeordnet über die Membran verteilt sind und gut mit anderen Bausteinen der Membran vermischt sind.“ „Unsere Bilder zeigen, dass das nicht der Fall ist, sondern dass Lipidflecken von proteinreichen Netzwerken getrennt werden, genau wie Öl, das sich von Wasser trennt, und in einigen Fällen Risse in der Panzerung der Bakterien bilden.“ erklärt Erstautorin und UCL-Biochemikerin Georgina Benn.
„Diese neue Sichtweise auf die äußere Membran bedeutet, dass wir nun damit beginnen können zu untersuchen, ob und wie diese Reihenfolge für die Membranfunktion, Integrität und Resistenz gegen Antibiotika von Bedeutung ist.“
Das Team wird untersuchen, wie wir dieses neue Wissen nutzen können, um antimikrobielle Resistenzen bei gramnegativen Bakterien wie z E coli .
Wie die Sterne oder Schwarze Löcher Wenn man in weit entfernten Galaxien etwas gefunden hat, gibt es immer noch weitere Fragen zu beantworten.
Die Forschung wurde veröffentlicht in PNAS .