Структурная организация матрикса биоплёнки: обзор индивидуальных стратегий и формирующихся общих закономерностей

Биоплёнки представляют собой сообщества микробных клеток, лежащие в основе самых разных процессов, включая биоремедиацию сточных вод, стимуляцию роста растений, хронические инфекции и промышленное биообрастание. Клетки, входящие в состав биоплёнки, заключены в продуцируемый ими внеклеточный полимерный матрикс, который обычно включает липиды, белки, часто обладающие амилоидоподобными свойствами, внеклеточную ДНК и экзополисахариды. Этот матрикс выполняет множество функций: от обеспечения структурной прочности сообщества и защиты от внешней среды до регуляции экспрессии генов и сорбции питательных веществ. Для разработки новых стратегий контроля инфекций, связанных с биоплёнками, а также для эффективного использования биоплёнок в промышленности и биотехнологии необходимо глубоко изучить матрикс биоплёнки — структуру его отдельных компонентов, характер взаимодействий между молекулами и их трёхмерную пространственную организацию. В настоящем обзоре освещены последние достижения в понимании структурной и функциональной роли углеводов и белков в матриксе биоплёнки, обеспечивающих её трёхмерную архитектурную целостность и функциональность. Кроме того, рассмотрены экспериментальные методы, которые расширяют представления о матриксе биоплёнки; в качестве модельных организмов приведены Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Vibrio cholerae и Bacillus subtilis.