Ett mikrobiologiskt mysterium om hur en bakterie kan invadera en annan och växa inuti den utan att bryta den andra bakterien omedelbart har belysts av forskare vid University of Nottingham och Indiana University.

Forskarna från Nottingham undersöker den invasiva rovbakterien Bdellovibrio bacteriovorus som ett potentiellt terapeutiskt medel för att döda antibiotikaresistenta patogena bakterier. Indiana-forskarna undersöker vad bakteriecellsstrukturer är gjorda av och hur de är uppbyggda. För att göra detta har de utvecklat och använt fluorescerande D-aminosyror (FDAA) – färgade substitut för naturliga ämnen som finns i bakteriecellsväggar. Detta kombinerades med superupplösningsmikroskopi med stor effekt i en ny artikel som publicerades idag i Naturens mikrobiologi .

Teamen har gått samman och upptäckt att den invaderande Bdellovibrio-bakterien bildar ett litet förstärkt molekylärt "porthole" i värdbakteriens vägg, klämmer igenom detta och försluter det sedan från insidan. Denna process är som att skära och svetsa en hyttventil på ett fartyg men i molekylär skala.

Professor Liz Sockett från University of Nottingham sa:"Bakterierna som invaderas är 100 miljoner gånger kortare än ett skepp som Queen Mary 2, och de invaderande bakterierna är 500 miljoner gånger smalare. Materialen som används för svetsningen är naturligtvis inte metall, men är naturliga D-aminosyror. Dessa är spegelbilder av "L"-aminosyrorna som finns i proteinerna i livsmedel och i våra kroppar.

"Vi upptäckte en andra process där de invaderande bakterierna effektivt 'plåster' insidan av bakterien de invaderar, återigen med användning av D-aminosyrorna. Detta gör insidan av bakterien till ett mer förstärkt hem för Bdellovibrio att leva inuti. Detta är viktigt eftersom ett tidigare dokument visade att de invaderade bakterieväggarna initialt rundas upp och försvagas tidigt i invasionsprocessen."

Erkin Kuru, en doktorand vid den tiden, föreslog till Liz under ett föreläsningsbesök i Indiana, att hon använder färgade FDAA för att märka de två olika bakterierna när rovdjuren attackerade. Lägga till en ny färg precis när invasionen började och senare när den fortskred, ersatt de naturliga aminosyrorna som används och lyste ett nytt färgat ljus på hur predation fungerar.

FDAA visade vad som hände i varje steg och gav teamet ett "eureka-ögonblick" när de såg att rovbakterierna gör en "porthole" med en central por omgiven av en förstärkande ring som innehåller D-aminosyror. Bdellovibrio pressar genom denna por och fyller den med mer D-aminosyrainnehållande material så att de invaderade bakterierna inte spricker och allt deras interna cellinnehåll kan ätas privat av rovdjuren utan att läcka ut till utsidan.

När detta händer fortsätter rovbakterierna att lägga till fler FDAA runt hela väggen av den invaderade bakterien, inte bara vid hyttventilsringen. Under de experimentella förhållandena "målade" rovbakterierna denna färgade FDAA, snarare som en fresk i molekylär skala, till väggarna på den invaderade bakterien i en process som förstärker väggen av invaderad bakterie så att den inte kollapsar innan rovdjuret har ätit upp näringsinnehållet inuti. Dr Carey Lambert från Nottingham gick med i projektet och kunde hitta några av "verktygen" som applicerar freskerna – dessa är en grupp enzymer som har studerats lite förrän nyligen.

Professor Sockett avslutar:"Det är anmärkningsvärt att se detta i verklighet i så liten skala och även användbart. Att veta mer om mekanismerna som används av de invaderande rovbakterierna kan hjälpa till att utforma nya sätt att döda patogener. Nu när invasionsprocesserna har definierats det borde vara möjligt att samla alla verktyg som behövs för att invadera och konsumera patogena bakterier utan att släppa ut stora mängder av deras patogena cellmaterial genom att de spricker."