接触诱导的大肠杆菌模型脂质膜中的分子重排

生物膜是复杂而动态的结构，对细胞区室化、信号传导以及机械完整性至关重要。真核生物膜的分子组织已得到广泛研究，包括脂筏介导的侧向组织以及特定分子相互作用的影响。传统观点认为细菌膜成分较为简单且结构均匀。然而近期证据表明，细菌膜具有显著的脂质多样性，并能够形成类似于真核生物脂筏的功能性微结构域，尽管其缺乏固醇和鞘脂。然而，非特异性物理接触对原核生物膜局部分子组织及其演化过程的影响仍未得到充分理解。本研究使用一种模拟大肠杆菌内膜成分的模型脂质膜，在接近其相变温度 $T_m$ 时，考察接触衬底对膜纳米尺度演化的影响。正如预期，衬底的存在使 $T_m$ 降低了约 10 ℃，并引发了非对称的叶层相变。然而，它同时将相变动力学减缓了近 2 个数量级，并促使发生类似旋节线分解(spinodal-like)的侧向分子重排。这造成了膜相态的局部改变，出现了机械上更硬但仍保持流动性的纳米畴，其演化时间尺度依赖于衬底，这与衬底偏置的脂质翻转(flip-flop)机制相一致。本研究结果验证了先前的理论预测，并表明由膜-表面相互作用驱动的一般物理机制能够自发诱导细菌膜中脂质结构域的形成。这必将对膜的功能和机械作用产生显著影响，包括在渗透压调节等过程中。