Размножаться можно и без стенки

Клетки животных прячутся от внешнего мира за жиденькой двухслойной мембраной. Клетки грибов, растений и бактерий защищены куда лучше – помимо мембраны у них есть клеточная стенка, защищающая от резких колебаний температуры, кислотности и «солёности». Именно ею прокариоты и некоторые грибы обязаны своей феноменальной живучестью.

Эта же структура становится определяющей, когда речь заходит о размножении бактерий – именно с неё начинается «перетяжка» бактериальной клетки, заканчивающаяся появлением пары клеточных потомков.

Джеффу Эррингтону из британского Университета Ньюкасла и его коллегам удалось создать штаммы сенной палочки Bacillus subtilis, лишенные клеточной стенки, но при том сохранившие способность к размножению.

Сам факт существования таких организмов не противоречит законам природы – Николай Федорович Гамалея ещё в 1894 году описал бактерии без стенки, позже получившие название «L-формы». Литера L к контурам прокариот не имеет никакого отношения, даже наоборот – в отсутствие жесткой стенки, играющей роль наружного скелета, бактерии просто не способны поддерживать свою форму, и «палочки» превращаются» в шарики, периодически образующие выросты.

Позже были открыты и бактерии, существующие только в L-форме, – это некоторые археи, а также спироплазмы, микоплазмы и уреаплазмы, ставшие настоящей головной болью для ученых и врачей. И хотя у всех у них сохранена липидная мембрана, отграничивающая внутреннее содержимое от внешней среды, защитной роли она не несёт.

Отсутствующая у нас самих клеточная стенка – отличная мишень для антибиотиков: остальные методы «вытравливания» заразы более токсичны для эукариотических клеток. Отчасти этим и обусловлен интерес Эррингтона и соавторов публикации в Nature к образованию и делению L-форм.

Чтобы ответить на вопрос, как это происходит, ученые взяли штамм сенной палочки M96. В этих «экспериментальных» бактериях синтез важнейшего компонента клеточной стенки пептидогликана происходит только при наличии в среде «древесного сахара» ксилозы. Без неё не запускается процесс считывания гена, кодирующего одно из веществ-предшественников пептидогликана. Микробиологи ксилозу добавлять не стали, наслаждаясь спонтанным появлением шарообразных L-форм. Но эти клетки практически не делились и были слишком разнообразны, так что говорить о воспроизводимости результатов не представлялось возможным.

Пришлось встроить в геном ещё один репрессор синтеза пептидогликана и включить механизм искусственного отбора, добавив в среду пенициллин, тоже ограничивающий сборку клеточной стенки.

Выжили только те, кто в результате случайных мутаций «научился» обходиться без стенки.

Через несколько поколений микробиологи получили хорошо делящиеся шарообразные сенные палочки, отличающиеся от «классических» 700 мутациями, критичная из которых только одна – в гене ispA, кодирующем фермент, превращающий липиды.

Собственно, этот штамм и стал основным достижением Эррингтона и главным объектом для дальнейших исследований. Результатами учёные могут гордиться:

им удалось сфотографировать размножение L-форм, больше похожее на почкование, нежели на традиционное равноценное деление на две части.

Обычно деление бактерии, уже «удвоившей» свой геном, начинается с Z-кольца, опоясывающего клеточную стенку. То есть, в отличие от тех же животных, процесс запускается снаружи, а не изнутри. «Дефектные» герои этой работы пошли другим путём: после увеличения в размерах до 3–4 микрометров они начинали «выпускать» многочисленные нестабильные выросты, пока один из них просто не отпочковывался, рос и снова давал жизнеспособное поколение. Полное наблюдение этого цикла под микроскопом заняло у ученых 7 часов.

Сам же механизм образования выростов пока остается неизвестным. В случае с животными подобное контролируемое выпячивание мембраны – обычное явление, необходимое для движения клеток или фагоцитоза. Но бактерии лишены развитого цитоскелета, способного самостоятельно регулировать форму клетки. Возможно, эти выросты, которых за раз образуется до 5 штук, формируются под действием белков, «растаскивающих» делящуюся ДНК, хотя детали феномена ещё предстоит установить.

В любом случае у микробиологов появилась новая модель для отработки перспектив в лечении уреаплазмоза, не поддающегося традиционным антибиотикам.

Да и на эволюцию прокариот можно взглянуть с другой стороны.

Не исключено, что именно подобным «дефектным» бесстеночным формам, отказавшимся от мощного железного занавеса ради большей восприимчивости и мобильности, животные обязаны своим возникновением.