Aureispira: морская бактерия-пират с арсеналом гарпунов и пушек

В океане, где питательные вещества распределены неравномерно, некоторые бактерии эволюционировали в эффективных хищников. Исследователи из ETH Zurich под руководством профессора Мартина Пильхофера обнаружили новый редкий вид таких хищников — нитчатую морскую бактерию Aureispira. Работа опубликована в журнале Science.

Оружие бактерии-пирата

Учёные выявили у Aureispira молекулярные структуры, напоминающие абордажные крюки (граплинги) и своего рода пушки (болт-пушки).

Механизм охоты:

1. Бактерия быстро скользит по твёрдым поверхностям или ждёт в толще воды свою жертву (например, бактерии Vibrio).
2. При контакте крюки цепляются за жгутики жертвы, лишая её возможности спастись.
3. В течение секунд Aureispira выстреливает пушками, пробивая мембрану бактерии-жертвы.
4. Вытекающие клеточные компоненты поглощаются хищником как пища.

«Вся сцена напоминает пиратский набег на другой корабль», — говорит Мартин Пильхофер.

Избирательный хищник (иксотрофия)

Aureispira становится хищником только при низкой концентрации питательных веществ в окружающей среде. При достаточном питании её арсенал «отключается». Перевод бактерии на «диету» пробуждает охотничий инстинкт и заставляет клетку заново строить пушки и крюки. Такой образ жизни учёные называют иксотрофией.

Совместно с группой Мартина Польца из Венского университета исследователи подтвердили, что этот хищнический образ жизни существует не только в лаборатории, но и в реальных морских образцах.

Методы исследования

Для изучения структур и функций оружия бактерии использовались:

• Световая микроскопия
• Крио-электронная микроскопия — метод, позволяющий сохранять и анализировать молекулярные структуры без артефактов в клеточном контексте. Его усовершенствованная версия позволяет определять молекулярную структуру белков, из которых состоит оружие бактерии.

«Все эти методы визуализации доступны в центре компетенций ScopeM ETH Zurich, что в принципе сделало это исследование возможным», — отмечает Грегор Вайс.

Значение исследования

«Прежде всего, это фундаментальные исследования, движимые нашим любопытством», — говорит Пильхофер. Он и его коллега Вайс уже десять лет работают над изучением контрактильных инъекционных систем — так называются бортовые пушки бактерии-пирата.

Потенциальные применения:

• Такие бактериальные «болт-пушки» в перспективе можно было бы «заряжать» активными веществами для точечной доставки в отдельные клетки.
• Некоторые хищные бактерии известны тем, что охотятся на цианобактерии (сине-зелёные водоросли). Их можно было бы использовать для борьбы с цветением воды или массовым размножением бактерий Vibrio. «Эти бактериальные хищники очень эффективны в том, что они делают», — говорит Вайс.