У сахаров в грудном молоке нашли антибактериальное действие
Американские ученые обнаружили, олигосахариды из грудного молока «мешают» образовываться биопленкам у стрептококков группы В Streptococcus agalactiae. Исследование опубликовано в ACS Infectious Diseases.
Грудное молоко — труднозаменимый источник питания для развивающегося ребенка. В человеческом молоке существует около 600 видов бактерий, но большинство этих бактерий являются симбиотическими или комменсальными видами. Однако известны случаи передачи патогенных бактерий через молоко, что может вызывать болезни у новорожденных. Также женское молоко содержит широкий спектр факторов иммунологической защиты. Эта защита частично связана с наличием в грудном молоке олигосахаридов.
Олигосахариды — сложные длинноцепочечные сахара. Структурно олигосахариды молока включают всего пять моносахаридных остатков, тем не менее, существует около 200 уникальных структур. Интересно, что структура олигосахаридов отличается у разных женщин. На самом деле, олигосахариды предназначаются не для питания самого ребенка, поскольку у последнего отсутствуют необходимые для этого ферменты, а для питания бифидобактерий, которые содержатся в грудном молоке. Кроме того, олигосахариды являются антиадгезивными противомикробными агентами, то есть они блокируют прикрепление патогенных микроорганизмов к поверхностям слизистой оболочки, предотвращая бактериальную адгезию и колонизацию. Ранее исследователи уже показали, что олигосахариды обладают обладают антимикробной активностью.
Ученые из Института Вандербильта исследовали действие олигосахаридов, выделенных из грудного молока пяти здоровых женщин-доноров, на рост и образование биопленок у стрептококков группы В Streptococcus agalactiae (GBS). Заражение GBS может привести к неонатальному сепсису и менингиту. Возбудителя, укоренившегося в биопленке, очень трудно уничтожить, поскольку она обеспечивает физический барьер, препятствующий воздействию иммунной системы человека. Биопленки могут быть непроницаемыми для антибиотиков и играть роль резервуара хронической инфекции. Кроме того, они позволяют переносить генетический материал среди бактерий сообщества, а это может приводить к развитию резистентности к антибиотикам. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) и конфокальная лазерная сканирующая микроскопия подтвердили предположение, что олигосахариды «мешают» образовываться биопленкам, тем самым препятствуя распространению бактериальной инфекции.
В дальнейшем, исследователи планируют выделить из грудного молока конкретные типы сахаров, ответственных за обнаруженные антибактериальные эффекты. Основной мотивацией исследования стала растущая проблема устойчивости бактерий к антибиотикам, которая ежегодно вызывает 23 000 смертей по оценке Центра по контролю и профилактике заболеваний. Вместо поиска белков в материнском молоке с антимикробными свойствами Ackerman и его коллеги обратили внимание на сахара, которые значительно труднее изучить.
Многочисленные физиологические процессы, происходящие в биопленке, отличаются от физиологии чистых культур этих же бактерий. Поэтому так важны исследования, направленные именно на изучение биопленок. Так например, американские микробиологи обнаружили, что фермент олигорибонуклеаза эффективно подавляет обмен химическими сигналами между отдельными клетками бактерий. А группа ученых из Америки, Великобритании и Испании раскрыла новый механизм, который бактерии используют для общения между собой в биопленках. Оказалось, что бактерии общаются с помощью электрических сигналов, очень похожих на волны деполяризации, распространяющиеся в мозге человека и животных.
Для этого растению понадобилось 15 минут
Японские ученые отследили механизм работы белков семейства LAZY, занимающих ключевое место в восприятии силы тяжести растениями. В покое белки экспонированы на поверхности статолитов — органелл, имеющих высокую плотность и лежащих из-за этого в нижних частях клетки. Но наклон ростков резуховидки Таля приводил к тому, что статолиты перемещались в новые нижние участки клетки, оставляя отпечаток из белков LAZY. Белки, перенесенные с мембраны статолитов на цитоплазматическую мембрану, маркируют новое направление роста и изгиба корня. Исследование опубликовано в журнале Science. У корней большинства высших растений выражен гравитропизм, то есть движение в сторону источника силы тяжести. За гравитропизм корней отвечают клетки-статоциты, входящие в состав корневого чехлика. В них находятся органеллы статолиты — родственники хлоропластов, заполненные крахмалом и лежащие в нижней части клетки из-за более высокой, чем у цитоплазмы, плотности. Статолиты маркируют направление изгиба и роста корня, поскольку клетка экспортирует фитогормон ауксин в ту сторону, куда указывают органеллы, а ауксин вызывает растяжение клеток (по такому принципу поворачиваются растения подсолнечника в течение дня) и стимулирует их деление. Все эти детали были известны еще 50 лет назад, но механизмы, связывающие оседание статолитов и направление транспорта ауксина, за прошедшее время так и не были расшифрованы. Впрочем, было установлено, что белки семейств LAZY и RLD имеют отношение в гравитропизму, ведь корни растений, у которых выключены эти гены, перестают расти вниз. Молекулярные биологи и физиологи растений из нескольких университетов США и Японии при участии Миё Тэрао Морита (Miyo Terao Morita) из Национального института фундаментальной биологии в Окадзаки сосредоточились на изучении работы двух белков семейства LAZY — LZY3 и LZY4 — в корневом чехлике резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana). Анализ аминокислотной последовательности LZY3 и LZY4 показал, что у белков нет трансмембранного домена для заякоривания в мембране, зато есть гидрофобные и положительно заряженные участки для взаимодействия с фосфолипидами внутреннего слоя мембраны. Точечные мутации в этих участках белков нарушали гравитропизм у ростков резуховидки. Поскольку белок с таким строением неспособен прочно фиксироваться в мембране, но при этом критически важен для гравитропизма, то, предположили биологи, он может слабо прикрепляться попеременно к плазматической мембраной и к гликолипидам внешней мембраны статолитов. И действительно, LZY3 и LZY4 были обнаружены на поверхности обеих мембран. Далее ученые при помощи конфокальной микроскопии отследили, как меняется распределение LZY4 в живой клетке после наклона ростков на 90-135 градусов. Уже спустя три минуты статолиты оказывались в нижней части клетки. Через 15 минут обнаружились метки LZY4 на прилежащем участке плазмалеммы, а первые признаки изменения формы корня появились через полчаса с начала эксперимента. Помимо воздействия гравитацией, ученые подвигали амилопласты внутри живых клеток при помощи оптического пинцета, чтобы исключить, что полярность клетки управляется какими-либо другими органеллами, имеющими высокую плотность. Как и в эксперименте с наклоном ростка, через несколько минут флуоресцентная метка, пришитая к LZY4, переходила с пластид на плазматическую мембрану. После оседания LZY на мембране с ним связывались белки семейства RLD, которые, в свою очередь, привлекают на мембрану белки-экспортеры ауксина. Таким образом, японские ученые описали еще один механизм механорецепции живыми организмами. По словам авторов статьи, принцип работы LAZY-зависимых сенсоров, чувствующих направление силы притяжения, но не ее величину, похож на работу «аналогового» инклинометра. Человеческие же проприорецепторы, полукружные канальцы и отолитовые органы работают как акселерометры, детектирующие линейное или угловое ускорение при движении головы, внутренних органов или мышц. Подробнее о принципе их работы можно прочитать в нашем материале «Премия за самочувствие». Градиент ауксина в корне влияет на только на его рост в физиологических условиях, но и, к примеру, на заживление ран.