Atomkraftmikroskopi afslører høj heterogenitet i bakterielle membranvesikler

Et aspekt af bakteriel aktivitet er produktion af såkaldte ekstracellulære membranvesikler (MV'er):biologiske 'pakker' indpakket i en lipid-dobbeltlagsmembran, bærer f.eks. genetisk materiale. Bortset fra at have specifikke biologiske funktioner, MV'er bruges i stigende grad i nanobioteknologiske applikationer, herunder levering af lægemidler og enzymtransport. For bedre at forstå processerne, der involverer MV'er, en fuld forståelse for deres fysiske egenskaber er afgørende. I særdeleshed, graden af ​​heterogenitet af vesikler frigivet af en enkelt type bakterie er et vigtigt punkt. Nu, Azuma Taoka fra Kanazawa University, Nobuhiko Nomura fra Tsukuba University og kolleger har behandlet dette spørgsmål, og demonstrere en tidligere ukendt fysisk heterogenitet i membranvesiklerne af fire bakterietyper.

Forskerne anvendte fasebilleddannende atomkraftmikroskopi (AFM) for at studere de fysiske egenskaber ved MV'er produceret af E coli, P. aeruginosa, P. denitrificans og B. subtilis . Ved fasebilleddannelse AFM, en prøve "tappes" med en oscillerende cantilever-spids i nano-størrelse; den observerede forsinkelse i spidsens oscillation sammenlignet med fri oscillation giver et mål for energidissipationen på grund af interaktionen med prøveoverfladen. Denne spredning, på tur, er relateret til overfladens fysiske egenskaber, herunder vedhæftning, elasticitet og friktion, hvis variationer skyldes sammensætningsforskelle.

Taoka, Nomura og kolleger optog fasebilleder af mange MV'er, og farvekodede MV'erne på en skala fra "ikke-vedhæftende/hårde" (lav vedhæftning, elasticitet og/eller friktion) til "vedhæftende/blød" (høj vedhæftning, elasticitet og/eller friktion). Ved at analysere disse kort, forskerne opdagede en stor mangfoldighed af MV'ers fysiske egenskaber. De kontrollerede, om kortene ændrede sig under billeddannelse; de fysiske egenskaber var stabile i tiden, så mangfoldigheden kunne konkluderes som et iboende træk ved MV'er.

Forskerne fandt ud af, at den fysiske heterogenitet skyldes biologiske faktorer, da MV -størrelse og faseskift ikke er korreleret. Desuden, de observerede, at forskellige typer bakterier danner MV'er med forskellige fysiske egenskabsfordelinger. Endelig, forskerne argumenterede for, at den observerede høje heterogenitet afspejler den kemiske sammensætning af MV'erne, der er heterogene.

Taokas arbejde, Nomura og kolleger præsenterer ikke kun vigtig indsigt i egenskaberne af MV'er produceret af forskellige bakterier, men viser også kraften i faseskift AFM som et værktøj til biologiske vesikler. Citerer forskerne:"Det forventes, at brug af disse banebrydende teknikker til fysisk kortlægning i nanoskala vil bidrage til at give yderligere detaljeret information om uopdaget natur af bakterielle MV'er og belyse molekylære mekanismer, der understøtter deres funktioner."