Учёные создали микроскоп, который позволяет вживую наблюдать перегруппировку молекул иммунных рецепторов на поверхности лимфоцита при столкновении с клеточной стенкой бактерии. Сбывается заветная мечта биологов — следить за молекулами и их взаимодействием в живых организмах напрямую, своими глазами, вместо того чтобы делать выводы по косвенным результатам. Исследователи из Национальных лабораторий Сандия (США) смогли в буквальном смысле увидеть, что происходит на поверхности иммунной клетки, когда она сталкивается с бактерией. Поверхность любой клетки усыпана различными рецепторными молекулами, которые собирают информацию снаружи и передают её внутрь, определяют, какие вещества нужно пропустить, какие не стоит пускать ни в коем случае, служат для общения с другими клетками и т. д. И поверхность эта постоянно изменяется, по ней блуждают молекулы рецепторов, периодически складываясь в конгломераты и снова распадаясь. Словом, мембрана клетки представляет собой сложнейший хаб, перевалочный пункт и пункт связи. У иммунных клеток поверхность мембраны оснащена так называемыми толл-подобными рецепторами (TLR), задача которых — вовремя распознать чужака и дать сигнал тревоги. Рецепторы TLR4 отвечают за распознавание бактериального липополисахарида, строительного вещества клеточной стенки бактерий.
Слева — фотография клетки при максимальном разрешении обычного микроскопа, справа — та же клетка, сфотографированная с помощью метода STORM. Зелёным показаны рецепторы, оранжевым — фрагменты клеточной стенки бактерий. (Фото авторов исследования).
Кишечная палочка Escherichia coli, являясь давнишним симбионтом человека, всё же относится к условно-патогенным бактериям. В случае проникновения кишечной палочки глубоко в стенку кишечника её атакуют иммунные клетки. Так вот, исследователям удалось увидеть в реальном времени, как перегруппировываются рецепторы на поверхности Т-лимфоцита: при встрече с бактериальным липополисахаридом толл-подобные рецепторы сбегаются к месту контакта и собираются в крупный кластер. Такое поведение позволяет усилить «сигнал тревоги», который рецепторы посылают внутрь иммунной клетки: от каждого внутрь идёт «телефонный звонок». При этом, что любопытно, липополисахарид клеточной стенки чумной палочки Yersinia pestis не собирает на себя иммунные рецепторы: они продолжают оставаться в диффузном состоянии на поверхности лимфоцита.
Такие особенности взаимодействия бактерий и иммунных клеток позволяют до определённой степени объяснить, почему некоторые патогены могут «проходить под радарами» иммунной системы.
Чтобы наблюдать происходящее вживую, исследователи потрудились над усовершенствованием обычной световой микроскопии. Традиционные методы не дали бы такого высокого разрешения и не позволили бы засечь движение молекул по поверхности клетки. Несколько лет работы привели к созданию так называемой стохастической реконструкционной световой микроскопии (STORM), основанной на детекции двух цветов, которыми окрашивали иммунные рецепторы и бактериальный липополисахарид. Отдельной проблемой был поиск таких красителей, которые не убивали бы клетку, ведь целью было увидеть взаимодействие молекул «вживую».
Значение этого новаторского метода трудно переоценить: многие ключевые вопросы в современной биологии упираются в выяснение деталей взаимодействия между биологическими макромолекулами, о которых до сих пор приходилось судить только с помощью косвенных биохимических методов. Впрочем, и микроскопия с таким высочайшим разрешением не обязательно ставит последнюю точку в научном исследовании: даже в случае с иммунными рецепторами и бактериями остаётся неясным сам механизм, с помощью которого иммунные рецепторы группируются вместе, чтобы послать коллективный сигнал.