Lipidele joacă un rol esențial în organizarea genomului bacteriei Chlamydia
Cercetări recente realizate la Universitatea din Würzburg au dezvăluit că lipidele, nu doar proteinele, sunt implicate în organizarea materialului genetic al bacteriei Chlamydia trachomatis. Studiul, publicat în revista Nature Communications, arată că sfingomielina, un tip de sfingolipidă, este încorporată direct în nucleoidul compact al formelor infecțioase ale bacteriei.
Chlamydia trachomatis este una dintre cele mai frecvente cauze ale infecțiilor cu transmitere sexuală la nivel mondial. Bacteria este considerată un „hoț de nutrienți” foarte specializat, deoarece și-a pierdut capacitatea de a se reproduce independent în afara celulei gazdă și deturnează produșii metabolici umani, în special sfingolipidele, pentru propria dezvoltare. În interiorul celulei gazdă, chlamydia creează un mediu protejat numit incluziune, unde coloniile bacteriene pot depăși dimensiunea nucleului celulei umane gazdă.
Ciclul de viață al acestor agenți patogeni este caracterizat de schimbări morfologice extreme. Ei alternează între forme elementare robuste și infecțioase în afara celulei și forme reticulare active care se multiplică în interiorul celulelor gazdă. Pentru a proteja materialul genetic în timpul fazei infecțioase, ADN-ul din interiorul formelor elementare minuscule este ambalat extrem de strâns într-un nucleoid.
Provocări tehnice depășite prin microscopie de expansiune
Investigarea acestei structuri interne a reprezentat mult timp o provocare pentru oamenii de știință, deoarece formele elementare, cu dimensiuni de doar 200 până la 300 de nanometri, se află sub limita de rezoluție fizică a microscopaelor optice convenționale. Această limitare a dus chiar la clasificarea greșită a chlamydiei drept virus până în anii 1960.
Echipa de cercetare condusă de profesorul Thomas Rudel, șeful Catedrei de Microbiologie de la Universitatea din Würzburg, cu Marcel Rühling și Fabienne Wagner ca primii autori, a folosit microscopia de expansiune (ExM) pentru a depăși aceste limitări. Metoda implică incorporarea probei biologice într-un hidrogel care, la adăugarea apei, se expandează împreună cu proba până la de opt ori dimensiunea originală. Astfel, detalii care anterior se contopeau într-un singur pixel devin vizibile chiar și cu microscoape optice convenționale.
Imaginile obținute prin tomografie crioelectronică au confirmat observațiile. În timp ce microscopia de expansiune permite codificarea coloristică și identificarea moleculelor specifice precum ADN-ul și lipidele, tomografia crioelectronică oferă imagini de înaltă rezoluție ale bacteriilor în stare congelată rapid. Doar combinația acestor tehnici a demonstrat că anumite straturi membranare formează o punte structurală între învelișul interior și nucleul de ADN.
O nouă țintă terapeutică posibilă
Constatările modifică fundamental înțelegerea dezvoltării bacteriene. Metabolismul lipidic este mult mai mult decât un simplu furnizor pentru învelișul celular; acționează ca un regulator central care controlează accesul la gene. Eliberarea controlată a ADN-ului din ambalajul său lipidic marchează punctul de plecare al infecției.
Această cunoaștere oferă o nouă țintă strategică pentru medicină: dacă această „punte lipidică-ADN” ar putea fi întreruptă în mod specific, infecția ar putea fi oprită înainte de a se dezvolta. Cu toate acestea, rămân întrebări nerezolvate. Arhitectura moleculară exactă la interfața dintre moleculele lipidice și materialul genetic rămâne parțial necunoscută, având în vedere limita actuală de rezoluție de aproximativ 30 de nanometri. Studii viitoare trebuie să clarifice modul exact în care are loc legarea la nivel atomic și dacă acest mecanism există și la alte bacterii specializate.
