две большие группы: одномембранные и двумембранные. Учёные из Калифорнийского технологического института применили мощную методику визуализации объектов микромира для того, чтобы увидеть недостающее звено между двумембранными и одномембранными бактериями, а так же проверить одну из гипотез, предложенных для объяснения процесса возникновения наружной мембраны.

Под «недостающим звеном» понимается бактерия Acetonema longum, принадлежащая к малоизвестному семейству бактерий, которые покрыты двумя мембранами и способны отвечать на меняющиеся условия окружающей среды формированием спор (споруляцией).

«Когда мы начали изучать бактерии Acetonema longum, то не представляли себе, насколько интересными и уникальными окажутся результаты. Когда мы визуализировали процесс споруляции данных бактерий при высоком разрешении, то увидели, что небольшая часть внутренней мембраны фактически превращается в наружную мембрану новых клеток» – говорит Грант Йенсен (Grant Jensen, биолог из Калифорнийского технологического института).

Полученные специалистами результаты показывают, что общий предок бактерий с одинарной или двойной мембраной мог являться спорообразующей бактерией похожей на Acetonema longum.

Группа исследователей, работающая под руководством Гранта Йенсена, применяет электронную криотомографию для визуализации биологических образцов. В отличие от традиционной электронной микроскопии, в которой используются окрашенные образцы, не содержащие воды и закреплённые на пластике, электронная криотомография предусматривает очень быструю глубокую заморозку анализируемых образцов. Очень быстрая заморозка позволяет сохранить образец в необходимом для изучения состоянии. Замороженный образец можно сфотографировать под большим увеличением и, сложив все фотографии вместе получить трёхмерное фото исследуемого объекта, например, вируса или бактериальной клетки.

В случае двумембранных бактерий процесс споруляции начинается с того, что внутренняя мембрана ассиметрично сжимается, создавая материнскую клетку и более мелкую дочернюю клетку. Это происходит в пределах наружной мембраны. Далее материнская клетка охватывает дочернюю клетку, давая ей дополнительный мембранный слой, возникший от первоначальной внутренней мембраны. В результате образуется спора, окружённая двумя мембранами внутри материнской клетки. Далее материнская клетка погибает, оставляя дочернюю клетку, защищённую двумя мембранами и белковой оболочкой.

Когда условия окружающей среды становятся пригодными для жизни, споры прорастают: белковая оболочка раскрывается, позволяя дочерней клетке, покрытой двумя оболочками выйти наружу. В отличие от одномембранных бактерий, которые на данном этапе теряют вторую мембрану, двумембранные клетки сохраняют её. Группа исследователей под руководством профессора Йенсена обнаружила, что новая наружная мембрана, даже если она возникла из внутренней мембраны материнской клетки, имеет все структуры и выполняет все функции, аналогичные обычной наружной мембране.

По словам Элици Точевой (Elitza Tocheva, сотрудница лаборатории Гранта Йенсена), на некотором этапе развития бактериальной клетки одна из двух мембран из внутренней преобразуется в наружную. Данный процесс является неизученным и представляет собой интерес для специалистов.

Для того, чтобы показать, что мембрана бактерий конвертируется в наружную мембрану по мере роста, исследователям необходимо было продемонстрировать, что наружная мембрана Acetonema longum похожа на мембраны других двумембранных бактерий. Учёные решили эту задачу несколькими способами. Во-первых, показали наличие в исследуемой наружной мембране липополисахаридов. Во-вторых, подсчитали плотность мембран и обнаружили, что наружная мембрана была немного плотнее внутренней. В-третьих, специалисты установили, что Acetonema longum содержит полный набор генов, связанных с наличием второй мембраны и способностью к споруляции.