Secretul biofilmelor bacteriene urâte și lipicioase constă în celuloza microbilor

Pentru a construi colonii rezistente, bacteriile fac o modificare surprinzătoare la o substanță comună găsită în celule.

Un adaos biochimic la celuloza produsă de E coli și alte specii de bacterii le permit să creeze colonii care sunt rezistente la perturbări, raportează cercetătorii în 19 ianuarie. Ştiinţă. Denumite biofilme, aceste colonii microbiene se pot forma pe dispozitivele medicale sau în interiorul corpului, ducând la infecții greu de tratat care pot rezista antibioticelor. Descoperirea modului de slăbire a acestor filme prin modificarea celulozei bacteriilor ar putea duce la noi tratamente.

Celuloza este cel mai abundent polimer natural de pe planetă. Face țelina strunoasă și pereții celulari ai plantelor rigidi. Structura de bază a substanței este simplă: o grămadă de copii ale glucozei de zahăr – numărul exact poate varia – înșirate ca niște margele pe o sfoară.

În timp ce polimerul este cel mai bine asociat cu plantele, unele bacterii produc și ele celuloză. Microbii îl secretă și îl folosesc pentru a construi schele în jurul celulelor care susțin creșterea biofilmelor. Într-un biofilm, celuloza este ca „mortarul care ține împreună toate cărămizile”, spune coautorul studiului Lynette Cegelski, biolog chimist la Universitatea Stanford.

Construiți mai bine

Ambele imagini arată un biofilm lipicios format din E coli bacterii. E coli secretă în mod normal o versiune modificată de celuloză care ajută la construirea acestei structuri țesute strâns (stânga). Fără modificarea celulozei, biofilmul nu este la fel de substanțial (corect).

Când Cegelski și colegii ei au folosit o tehnică numită spectroscopie de rezonanță magnetică nucleară pentru a analiza biofilmul din jurul mostrelor de E coli, cercetătorii au primit o surpriză. Celuloza produsă de bacterii era diferită de celuloza produsă de plante.

În loc să fie doar un șir de unități de glucoză, celuloza bacteriană avea și un apendice care conținea azot și fosfor. E coliExperimentele arată că suplimentul anexului afectează modul în care bacteriile formează colonii. În mod normal, celuloza bacteriană se învârte în fire lungi care, împreună cu un alt tip de fibre lipicioase, pe bază de proteine, formează structuri asemănătoare coșurilor care leagăn bacterii individuale și le leagă împreună într-o rețea elastică. Dar când cercetătorii au modificat genetic bacteriile pentru a produce celuloză nemodificată, celuloza a format fibre mai scurte. Asta a făcut ca matricea biofilmului să fie mai slabă. Pelicula rezultată a părut, de asemenea, mai puțin rezistentă la microorganismele care produc enzime care distrug celuloza.

Alte studii au analizat celuloza bacteriană înainte. Dar nimeni nu-și dăduse seama că a fost modificat. Acest lucru se datorează faptului că o metodă folosită în mod obișnuit pentru examinarea biofilmelor implică dizolvarea materialelor într-un acid la o etapă a procesului, care descompune această modificare.

Noul studiu stabilește, de asemenea, rolul unei gene despre care cercetătorii știau că este într-un fel implicată în producția de celuloză în bacterii, dar nu erau siguri cum. Această genă oferă instrucțiuni pentru o enzimă care atașează apendicele la lanțul de glucoză după ce este produsă, modificând celuloza chiar înainte de a părăsi celula. Dirijarea genei sau a enzimei responsabile pentru această modificare ar putea fi în cele din urmă o modalitate de a slăbi biofilmele, spune Cegelski.

Procesul prin care bacteriile produc celuloza și o secretă pentru a construi biofilme este deja destul de complex, reglementat de mai mult de o duzină de gene diferite care lucrează împreună. Adăugarea unei enzime care se poate „strecura în această mașinărie” și se poate fixa pe un apendice face povestea și mai complicată, spune Jean-Marc Ghigo, genetician microbian la Institut Pasteur din Paris, care nu a fost implicat în studiu. „Cred că este grozav.”

Alte specii de bacterii, cum ar fi Salmonella, produc și celuloza modificată, au descoperit Cegelski și echipa ei. Ea plănuiește să facă un studiu mai larg asupra bacteriilor pentru a-și da seama cât de răspândită este.