Генная инженерия превратила бактерию в живой спидометр

Клетки псевдомонад оснащены рецептором, позволяющим следить за скоростью движения окружающей жидкости; ученые дополнили его флуоресцентным белком, превратив микробы в живые инструменты измерений.

Команда принстонского профессора Земера Гитаи (Zemer Gitai) исследовала клетки синегнойной палочки (Pseudomonas aeruginosa) — довольно опасные условно-патогенные бактерии, часто встречающиеся в воде и почве. Что в природе, что в человеческом организме они постоянно живут в окружении потоков жидкости, и, как показала новая работа, палочки не только замеряют их скорость, но и подстраиваются под нее. Об этом ученые пишут в статье, опубликованной в журнале Nature Microbiology. 

Авторы показали, что в ответ на скорость окружающих потоков жидкости псевдомонады меняют активность группы генов, названных Flo (flow-regulated operon, «регулируемый течением оперон»). Для того чтобы лучше проследить за его работой, ученые связали Flo с геном, отвечающим за синтез флуоресцентного белка. Это и превратило клетки в «живые спидометры» и позволило достаточно легко регистрировать поведение Flo в различных условиях.

Обнаружилось, что гены Flo не просто запускаются или выключаются, но плавно меняют свою активность в зависимости от скорости течения жидкости. Эти изменения практически незаметны при очень медленных или быстрых потоках, но при средних скоростях, характерных для течения крови или мочи в человеческом организме, ответ бактериальных клеток ярко и точно регулируется.

Можно заметить, что и наша кожа позволяет чувствовать скорости внешних потоков воздуха — будь то слабое дуновение или сильный ветер. Однако при этом ее рецепторы реагируют на силу давления, тогда как в бактериальных клетках механизм устроен, по-видимому, совершенно иначе. Чтобы показать это, ученые поставили эксперименты, помещая бактерии в разные жидкости, текущие с одинаковой скоростью.

Более вязкие (как мед) при этом создают большее давление, а более текучие (как вода) — меньшее. Однако псевдомонады реагировали одинаково: судя по всему, их рецепторы каким-то образом регистрируют саму скорость течения. Авторы работы даже дали этой способности специальное название — «реочувствительность» (rheosensing). Пока остается загадкой, каким именно образом она реализована у бактерий, и не ясно, чем она полезна для них. Ответов на эти вопросы будем ждать в новых работах биологов из Принстона.