这些可能是迄今为止拍摄的最详细的活细菌特写图像

这个世界总有更多的东西需要探索和理解,从浩渺的宇宙到微小的生物体,在科学中,您回答的问题越多,您就会发现需要提出的问题越多。

最近,研究人员将他们的高倍显微镜带到了细菌的保护性“皮肤”上,深入观察了这种膜的组织方式,揭示了比以往任何时候都多的细节。

革兰阴性菌状-埃希氏大肠杆菌具有外膜保护的地方它们的内部,阻止细菌免受外界干扰。这些膜具有一系列出色的工具,包括外膜蛋白和散布在表面的脂多糖等毒素。但是了解这一点,更多的疑问就来了——所有这些美妙的东西是如何结合在一起的?整个细菌中“螺柱”与膜的比例是多少?这就是新研究的用武之地。

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“外膜是一种强大的抗生素屏障,是使感染性细菌对药物产生抗药性的重要因素。然而,这种屏障是如何组合在一起的仍相对不清楚,这就是我们选择如此详细研究它的原因,”伦敦大学学院生物物理学家和资深作者 Bart Hoogenboom 解释说。

“通过从分子到细胞尺度研究活细菌,我们可以看到膜蛋白如何形成一个跨越细菌整个表面的网络,为不含蛋白质的斑块留下小间隙。”

研究人员在这项任务中使用了原子力显微镜,这种显微镜用用激光不断地扫射物体表面来确定其形状。这有点像阅读盲文,只不过用的是激光而不是指尖。

然后,该团队制作了一张绝妙的细菌膜图像——他们称之为有史以来最清晰的活细菌图像——显示了表面外膜蛋白的密度。

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原子力显微镜扫描显示外膜。(Benn等人,美国国家科学院院刊,2021 年)

如上图所示,表面有许多小孔。这些是β桶蛋白,称为孔蛋白,它们形成穿过细菌膜的隧道,使分子能够扩散通过。同时,光滑表面的小部分是脂多糖,随着细胞的生长而膨胀。

“我们得出结论,外膜是由相分离的富含脂多糖和富含外膜蛋白的区域组成的镶嵌物,其维护对于膜的完整性以及革兰氏阴性菌的生活方式至关重要, “该团队在新论文中写道。

当然,科学家们不会仅仅为了好玩而用巨大的显微镜盯着大肠杆菌,尽管那样很好。我们有充分的理由需要这种级别的详细理解。

“细菌外膜的教科书图片显示蛋白质以无序方式分布在膜上,与膜的其他组成部分充分混合。我们的图像表明情况并非如此,但脂质斑块与蛋白质分离-丰富的网络就像油与水分离一样,在某些情况下会在细菌的盔甲中形成缝隙,”第一作者和伦敦大学学院生物化学家乔治娜·贝恩 (Georgina Benn) 解释说。

“这种观察外膜的新方法意味着我们现在可以开始探索这种顺序是否以及如何影响膜功能、完整性和对抗生素的抵抗力。”

该团队将研究我们如何利用这一新知识来克服革兰氏阴性菌(如大肠杆菌)的抗菌素耐药性。

该研究已发表在PNAS 上。

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