Бактерии соединяются друг с другом и обмениваются питательными веществами
Ученые из Института химической экологии Макса Планка (Йена, Германия) и их коллеги из университетов Йены, Кайзерслаутерна и Гейдельберга обнаружили новый способ обмена питательными веществами между бактериями. Они выяснили, что некоторые бактерии могут формировать нанотрубчатые структуры между отдельными клетками, которые обеспечивают прямой обмен питательными веществами.
До сих пор было неясно, обмениваются ли микроорганизмы метаболитами исключительно путем их выделения в окружающую среду или также используют для этого прямые соединения между клетками. Ученые исследовали этот вопрос на примере почвенной бактерии Acinetobacter baylyi и кишечной палочки Escherichia coli. Путем экспериментального удаления генов из генома обоих видов были созданы мутанты, не способные производить определенные аминокислоты, но производившие повышенное количество других.
В совместной культуре оба штамма могли «перекрестно кормить» друг друга, компенсируя искусственно созданный дефицит. Однако разделение двух бактериальных штаммов фильтром, который позволял свободный проход аминокислот, но предотвращал прямой контакт между клетками, полностью прекращало рост обоих штаммов. «Этот эксперимент показал, что для обмена питательными веществами требовался прямой контакт между клетками», — объясняет Самай Панде.
Наблюдение за совместной культурой под электронным микроскопом выявило структуры, формирующиеся между бактериальными штаммами, которые функционировали как нанотрубки и позволяли обмениваться питательными веществами между клетками. Особенно примечательным был тот факт, что только кишечная палочка E. coli была способна формировать эти структуры и соединяться с Acinetobacter baylyi или другими клетками E. coli. «Основное различие между видами, безусловно, в том, что E. coli способна активно двигаться в жидкой среде, тогда как A. baylyi неподвижна. Возможно, для того чтобы E. coli нашла подходящих партнеров и соединилась с ними через нанотрубки, необходимо плавание», — объясняет Кристиан Кост.
Ключевые выводы:
- Триггер: Нехватка аминокислот запускала образование нанотрубок. Их формирование не происходило, когда необходимые аминокислоты добавлялись в питательную среду, что указывает на зависимость от «голода» клетки.
- Направление: Только подвижная E. coli формировала нанотрубки и соединялась с партнерами.
- Значение: Такая специализация и разделение труда могут быть выгодны для бактериальных сообществ, повышая эффективность использования ресурсов и рост.
Открытие поднимает новые вопросы: служат ли нанотрубки исключительно взаимовыгодному обмену или возможен паразитизм, могут ли бактерии выбирать клетки-партнеры и несут ли такие соединения риски (обмен вредными веществами).
«Для меня самый захватывающий вопрос, который предстоит решить, — являются ли бактерии на самом деле одноклеточными и относительно просто устроенными организмами или же мы наблюдаем какой-то другой тип многоклеточности», — резюмирует Кристиан Кост.