Биологи из Университета Карнеги-Меллона обнаружили, что холерный вибрион, бактерия, вызывающая заболевание холерой, может чувствовать смерть своих родственников. Гибель бактериальных клеток часто сопровождается лизисом, при котором клетка взрывается, высвобождая внутренние клеточные компоненты. Исследователи обнаружили, что небольшая молекула, высвобождаемая во время лизиса клеток, обнаруживается живыми V. cholerae, что заставляет выживших слипаться и образовывать большие сообщества, известные как биопленки, чтобы защитить себя. Статья под названием опубликована в журнале Nature Communications.
«Наш основной вывод заключался в том, что популяции бактерий могут изменять свое коллективное поведение, когда чувствуют смерть своих родственников», — сказал Джоджо Прентис, научный сотрудник Департамента биологических наук. «Самый интересный аспект этой работы заключается в том, что она обеспечивает механистическую связь между образом жизни бактерий и угрозами, с которыми они сталкиваются в дикой природе — двумя особенностями их биологии, которые, как хорошо известно, независимо влияют на их эволюцию».
Прентис и Дрю Бриджес, доцент кафедры биологических наук, определили сигнал клеточной смерти, норспермидин, а также рецептор под названием MbaA, обнаруженный на клетках V. cholerae, который отвечает за восприятие сигнального процесса. Когда рецептор MbaA обнаруживает внеклеточный норспермидин, сигнал смерти, он заставляет клетки V. cholerae образовывать биопленки, которые защищают клетки от широко распространенных угроз окружающей среды, таких как бактериофаги, вирусы, которые заражают бактерии и вызывают гибель клеток.
Этот путь работает для V. cholerae и других бактерий рода Vibrio, таких как V. vulnificus, бактерий, которые могут привести к некрозу и смерти. Бактерии рода Vibrio образуют биопленку, если другие бактерии того же рода будут повреждены.
«Если бы вы увидели раненого человека, вы, вероятно, попытались бы защитить себя, иначе вы были бы на грани, и это то, что мы видим с бактериями», — сказал Бриджес. «У них есть способность чувствовать внутренние компоненты своих сородичей, и, если они это чувствуют, они реагируют, готовясь к встрече с угрозой».
«Это такой простой механизм, который может иметь фундаментальное значение», — сказал Бриджес. «Мы хотим изучить, какие еще бактерии делают то же самое. Кроме того, мы действительно хотим знать, что еще регулируется этими рецепторами, кроме образования биопленок. Существуют ли какие-либо другие виды факторов бактериального иммунитета, которые регулируются этим лизисом клеток?»
Бриджес планирует исследовать подобные клеточные механизмы в своих будущих направлениях, и его лаборатория недавно получила финансирование для расширения своей работы и числа исследователей, работающих над ней. Лаборатория планирует разработать новые флуоресцентные зонды, которые позволят исследователям более эффективно изучать биопленки. Лаборатория Бриджеса также стремится исследовать реакцию бактерий в условиях, наиболее близких к тем, которые бактерии испытывают в природе.
«Мне бы хотелось обсудить эволюционные последствия изменения образа жизни бактерий в ответ на угрозы в дикой природе», — сказал Прентис. «Если наши выводы носят какой-то общий характер, то адаптивная пластичность бактерий перед лицом экологических угроз должна быть повсеместной силой, движущей их эволюцией».
