Ученые сняли на видео, как иммунная система убивает бактерии

Чтобы убить бактерии в крови, клетки иммунной системы используют специальные молекулы, которые создают «пулевые отверстия» в своих мишенях. Ученые Университетского колледжа Лондона смогли снять этот процесс на видео.

Формирование MAC на бактериальных модельных мембранах.
а — трехмерное АСМ-представление структуры пор конечной точки MAC на двухслойных подложках, состоящих из липидного экстракта кишечной палочки.Вставка: Схема MAC, собранного из белков комплемента C5b6, C7, C8 и C9, встроенных в липидную мембрану. б, Zoom-в одной поре MAC (отмечен звездочкой в). в) ЭМ с отрицательным окрашиванием липидных бислоев E. coli, нанесенных на сетки из диоксида кремния, последовательно инкубированных с белками комплемента C5b6, C7, C8 и C9, что приводит к характерным кольцам MAC, наблюдаемым в бислойной мембране. Шкала размеров: а, с: 50 нм, б: 25 нм.
Шкала высоты (масштабная вставка в б), а,б: 20 нм.
© Edward S. Parsons et al. UCL

В более ранних исследованиях ученые нашли признаки повреждений у живых бактерий, столкнувшихся с воздействием иммунной системы. В стенках бактерий обнаружили «пулевые отверстия». И хотя они были невероятно маленькие — всего 10 нанометров, — этого было достаточно, чтобы обезвредить большую часть патогенов.

В новой работе исследователи смоделировали процесс атаки иммунных клеток на чужеродные клеточные организмы. Выяснилось, что эти смертельные отверстия формируются благодаря одной молекуле — мембраноатакующий комплекс (MAC). Отслеживая каждый шаг процесса, ученые обнаружили, что вскоре после начала формирования отверстия процесс останавливается.

Ученые говорят, что процесс приостанавливается, поскольку для завершения отверстия необходимы 18 копий одного и того же белка. Первоначально есть только одна копия, которая вставляется в бактериальную поверхность, после чего другие «клоны» белка занимают свое место рядом, но уже гораздо быстрее. То есть введение первой молекулы белка в поверхность патогенной бактерии представляет собой самую медленную стадию, которая и определяет скорость всего процесса.

Формирование «пулевых отверстий» в стенках бактерий
© Edward S. Parsons et al. UCL

«Это введение первой молекулы MAC — узкое место в процессе убийства. Любопытно, что на наших собственных здоровых клетках больше одной молекулы этого белка не появляется, процесс не двигается дальше. Таким образом, здоровые клетки остаются нетронутыми», — говорит один из авторов исследования, профессор Барт Хогенбум.

Для съемки иммунной системы в действии с нанометровым разрешением ученые использовали атомно-силовую микроскопию. Этот тип микроскопии использует иглу, конец которой имеет ширину в несколько нанометров, чтобы чувствовать молекулы на поверхности. Это похоже на то, как слепой человек читает шрифт Брайля. Игла многократно сканирует поверхность для получения изображения, которое обновляется достаточно быстро, чтобы отслеживать, как иммунные белки собираются вместе и разрезают стенку бактерии.

Статья об исследовании доступна на сайте препринтов BioRxiv.org