Бактериальный "социальный медиа"

В естественных условиях бактерии существуют в сложных, разнородных сообществах. Для коммуникации внутри них бактерии используют "язык" чувства кворума (QS), выделяя и детектируя сигнальные молекулы, которые сообщают о наличии и количестве сородичей поблизости.

Эта информация критически важна для производства "общественных благ" — метаболитов, полезных для всего сообщества, но дорогих для производства отдельной клеткой. Как и в человеческом обществе, в бактериальных популяциях есть "читеры", которые пользуются благами, не участвуя в их создании. Слишком много "безбилетников" может привести к "трагедии общин" — истощению ресурса, поэтому важен баланс между кооператорами и читерами, в котором QS играет ключевую роль.

Долгое время оставалось загадкой, зачем многим видам бактерий (например, Bacillus subtilis и Vibrio harveyi) несколько избыточных QS-путей, которые активируют один и тот же регуляторный белок. Исследование в PLOS Biology показало, что приобретение дополнительного QS-пути позволяет бактерии становиться "факультативным читером". В малом количестве такой штамм обманывает штамм без дополнительного пути, но в большом количестве возвращается к кооперации, предотвращая "трагедию общин".

Решение о кооперации зависит не только от состава сообщества. Pseudomonas aeruginosa интегрирует информацию как о численности популяции (через QS), так и о метаболических ресурсах (источники углерода, азота, железа), чтобы решить, вкладывать ли энергию в производство "общественного блага" — рамнолипидов.

Хотя производство "общественных благ" традиционно считается затратным для индивида, исследование в PLOS ONE показало, что у кооперирующихся клеток Bacillus subtilis есть и личная выгода. Синтетический QS-путь и производимый клетками защитный внеклеточный матрикс концентрируют QS-молекулы вокруг кооператоров, что может индуцировать выгодный для них метаболический ответ.

QS важен не только для внутривидового взаимодействия. Молекулы QS одного вида могут влиять на рост другого. P. aeruginosa с помощью ключевого QS-пути подавляет рост E. coli, а E. coli, в свою очередь, может эволюционировать устойчивость к этим молекулам.

Кооперация важна и для понимания патогенеза. Новые данные опровергают Гипотезу независимого действия, согласно которой патогены действуют независимо друг от друга. Токсины Bacillus thuringiensis оказывают синергетический эффект на смертность хозяина. Это открытие важно для разработки улучшенных моделей оценки риска патогенов.