Бактерии убивают и поедают соседей в голодные времена

Учёные обнаружили жестокую стратегию выживания микробов: при нехватке пищи некоторые бактерии убивают и потребляют своих соседей.

Исследование, опубликованное в Science, провела международная команда из Университета штата Аризона, ETH Zurich и Швейцарского федерального института водных наук и технологий (Eawag). Учёные показали, что в условиях ограничения питательных веществ бактерии используют специализированное оружие — систему секреции VI типа (T6SS) — для атаки, убийства и медленного поглощения питательных веществ из других бактериальных клеток.

«Суть в том, что когда становится тяжело, ты ешь своих соседей», — заявил старший автор исследования Глен Д'Суза.

«Мы знаем, что бактерии убивают друг друга, это описано в учебниках. Но мы видим, что важно не только наличие оружия для убийства, но и то, что они контролируют его использование именно для ситуаций, когда нужно съесть других, а сами они расти не могут».

Понимание этого микробного оружия может помочь в разработке более эффективных пробиотиков, улучшении климатических моделей Земли и создании новых средств борьбы с болезнями.

Микроскопический гарпун

T6SS похожа на микроскопический гарпун. Бактерия выстреливает иглоподобным оружием в соседние клетки, впрыскивая токсины, которые смертельно разрывают их.

Ранее учёные считали, что эта система нужна в основном для конкуренции, чтобы очистить территорию от соперников. Однако исследовательская группа обнаружила, что бактерии убивают стратегически — ради пищи и собственного роста.

С помощью покадровой съёмки, генетических инструментов и химического мечения учёные в замедленной съёмке наблюдали за работой микроскопических убийц.

Как у морских бактерий, так и у микробов человеческого кишечника, бактерии, оснащённые T6SS, атаковали соседей при голодании, а затем росли, питаясь вытекающими останками жертвы.

Поедание ради выживания

Чтобы доказать, что это не просто совпадение, команда генетически «отключила» T6SS у некоторых штаммов. Когда эти отредактированные бактерии поместили в бедную питательными веществами среду с потенциальной добычей, они не могли расти. А неизменённые бактерии, всё ещё способные убивать, процветали.

Их выживание зависело от убийства.

Анализ бактериальных геномов из морских сред показал, что эти системы убийства широко распространены в природе — от океанов до кишечника человека.

Маленькие битвы, большое влияние

Наблюдение за этими клетками в действии показывает, насколько изобретательными могут быть бактерии. Медленно высвобождая питательные вещества от соседей, они максимизируют их сбор, когда важна каждая молекула. Это раскрывает ранее неизвестное звено в микробной пищевой цепи.

Это понимание имеет широкие последствия:

• Можно разрабатывать более «умные» пробиотики, которые не просто сосуществуют в кишечнике, но и активно защищают его, уничтожая вредные микробы.
• Это может привести к созданию новых антибиотиков в эпоху роста лекарственной устойчивости. «Гарпун», который бактерии используют для извлечения питательных веществ, можно приспособить для доставки лекарств непосредственно в патогены.
• В океане бактерии помогают регулировать углеродный цикл планеты. Когда бактерии-убийцы уничтожают тех, кто разлагает водоросли и перерабатывает углерод, это может изменить наше понимание того, сколько углерода остаётся в океане или выбрасывается обратно в атмосферу.

Одно можно утверждать наверняка: когда еда заканчивается, бактерии не просто конкурируют. Они охотятся.