Разные стратегии жизненного цикла у Bacillus subtilis

Исследования с помощью микроскопии в режиме таймлапс показывают, что бактерия Bacillus subtilis, образующая эндоспоры для выживания в неблагоприятных условиях, может следовать разным жизненным стратегиям: делать больше спор или лучшие споры.

Ключевое открытие: связь времени споруляции и качества спор

  • Используя методы таймлапс-видеосъемки с флуоресцентными маркерами, ученые впервые изучили корреляцию между процессами споруляции и прорастания (возвращения к жизни).
  • Ранее считалось, что прорастание споры — случайность. Однако исследование показало: чем раньше образуется спора, тем быстрее она прорастает и тем выше вероятность, что из неё вырастет новая клетка.
  • Причина: в условиях дефицита питательных веществ клетка прекращает производство метаболического фермента. Существующие ферменты распределяются между потомством при спорообразовании. Чем меньше клетка делилась до споруляции, тем больше фермента запасается в споре, что даёт ей преимущество при пробуждении.

Компромисс: количество против качества

Спорообразование как многоклеточный феномен включает в себя компромисс (trade-off):

  • Деления клеток перед споруляцией увеличивают общее количество образующихся спор.
  • Быстрое образование спор приводит к меньшему выходу спор, но эти споры имеют лучший шанс прорасти и дать начало новым вегетативным клеткам.

Таким образом, бактерия может делать либо больше спор, либо лучшие споры.

Стратегия зависит от среды обитания

Исследователи сравнили природные изоляты B. subtilis:

  • Почвенный изолят формирует почти в два раза больше спор (стратегия на количество).
  • Изолят из кишечника курицы фокусируется на качестве спор.
  • Эксперименты показали, что это может быть адаптацией к среде обитания. В условиях обилия питательных веществ при прорастании выгодна стратегия количества. В бедной питательными веществами среде, где отбираются высококачественные споры, выгоднее стратегия качества.

Применение в органическом земледелии

Этот компромисс между выходом и качеством спор важен для прикладных исследований. Споры Bacillus уже используются:

Биотехнологические компании производят споры в промышленных масштабах. До сих пор ключевым параметром при производстве в биореакторе был титр (количество) спор. Вопрос о том, как оптимизация количества влияет на качество спор, становится важным для улучшения эффективности таких продуктов в будущем.