Двигательная активность Vibrio cholerae в водной среде и средах, имитирующих слизь

Холера возникает при инфицировании Vibrio cholerae слизистой оболочки тонкой кишки и сопровождается тяжёлой диареей. Известно, что плавательная активность V. cholerae играет ключевую роль в патогенезе и может помогать бактериям преодолевать кишечный слизистый барьер, достигая участков инфицирования, однако точные механизмы этого процесса неизвестны. Клетка может приводиться в движение одним полярным жгутиком либо толкаться им, либо тянуться за ним, но единого мнения о соответствующем наборе двигательных форм поведения нет. Мы использовали высокопроизводительное трёхмерное (3D) отслеживание бактерий, чтобы наблюдать плавание V. cholerae в буферном растворе, вязких растворах синтетического полимера PVP и растворах муцина, которые могут имитировать среду организма хозяина. На основании больших массивов данных о 3D-траекториях мы провели статистическую характеристику двигательного поведения. Установлено, что V. cholerae демонстрирует асимметричное движение по типу «прямолинейный пробег — разворот — флик»: последовательность включает движение вперёд, разворот и более короткое движение назад, за которым следует поворот примерно на 90°, называемый фликом, перед следующим движением вперёд. В отличие от многих бактерий, использующих такую стратегию, обратные пробеги у V. cholerae значительно короче прямых, что приводит к увеличению эффективного коэффициента диффузии. Кроме того, скорость плавания непостоянна и часто снижается. Частота поворотов в муцине соответствует частоте, наблюдаемой в буферном растворе. Движение по типу «прямолинейный пробег — разворот — флик» и колебания скорости выявлялись во всех исследованных средах, что указывает на возможность их наличия как в естественных водных местообитаниях, так и в организме хозяина.

Значимость: Холера сопровождается рвотой и тяжёлой диареей и ежегодно приводит примерно к 100 000 смертей во всём мире. Заболевание вызывается колонизацией слизистой оболочки тонкой кишки бактерией Vibrio cholerae. Известно, что способность V. cholerae к плаванию повышает её инфективность, однако лежащие в основе этого механизмы не установлены. Согласно одной из гипотез, плавание помогает бактериям преодолевать защитный слой слизи, покрывающий слизистую оболочку тонкой кишки. Характеристика плавания V. cholerae в средах, имитирующих свойства среды организма хозяина, может способствовать пониманию роли двигательной активности в развитии инфекции.