Найден общий принцип бактериальной коммуникации
Исследователи из Университета Дьюка обнаружили, что, несмотря на отсутствие органов чувств, бактерии могут эффективно оценивать ситуацию в своём окружении и общаться друг с другом, в основном выделяя и поглощая химические вещества. Хотя существует миллионы видов бактерий с уникальными механизмами восприятия, учёные полагают, что нашли принцип, общий для всех.
Понимание коммуникации между клетками и бактериями критически важно для развития новой области синтетической биологии, где популяции генетически модифицированных бактерий «программируются» для выполнения определённых задач. Такие перепрограммированные бактериальные генные цепи могут найти широкое применение в медицине, очистке окружающей среды и биовычислениях.
Известно, что в основе коммуникации бактерий лежит процесс «чувства кворума» (quorum sensing). Однако у каждого типа бактерий, как казалось, есть свои вариации этого механизма.
«Чувство кворума — это механизм межклеточной коммуникации, который позволяет бактериям ощущать и реагировать на изменения плотности популяции в данной среде, — пояснил аспирант Ананд Пай. — Он регулирует широкий спектр биологических функций, таких как биолюминесценция, вирулентность, поиск питательных веществ и клеточное самоубийство».
Исследователи обнаружили, что ключом к чувству кворума является отношение общего объёма бактерий к объёму их среды, независимо от типа микроба.
«Если клеток мало, ничего не происходит. Если клеток много, концентрация выделяемых химических веществ становится высокой, что заставляет клетки выполнять определённое действие, — сказал Пай. — Мы хотели выяснить, как эти клетки понимают, что достигли кворума».
Учёные Ананд Пай и Линчон Ю обнаружили то, что, по их мнению, является общей основой для различных форм чувства кворума. В статье в журнале Molecular Systems Biology за июль 2009 года они называют этот процесс «потенциалом восприятия» (sensing potential).
«Потенциал восприятия — это, по сути, связь действия с количеством клеток и размером их среды, — сказал Ю. — Например, небольшое количество клеток будет вести себя иначе, чем то же количество клеток в гораздо большем пространстве. Независимо от типа клетки или её собственных способностей к чувству кворума, общим знаменателем для всех систем является соотношение размера клетки и размера её окружения».
Этот анализ даёт новое понимание фундаментальных принципов работы систем чувства кворума. Определённая исследователями общая структура может служить основой для изучения динамики и эволюции этого механизма, а также для конструирования синтетических генных цепей на основе межклеточной коммуникации.
Такие цепи — это тщательно подобранные комбинации генов, которые можно «загрузить» в бактерии или другие клетки, чтобы направлять их действия, подобно компьютерной программе. Перепрограммированные бактерии будут существовать как синтетическая экосистема.
«Каждая популяция будет синтезировать определённый набор ферментов, необходимых всей популяции в целом для скоординированного производства целевых белков или химических веществ, — отметил Ю. — Мы даже сможем перепрограммировать бактерии для доставки различных лекарств или избирательного уничтожения раковых клеток».
Например, Ю уже получил представление о взаимоотношениях «хищник-жертва», создав синтетическую цепь с участием двух генетически модифицированных линий бактерий. Результаты этой работы помогли определить влияние относительных изменений в популяциях.
Источник: Duke University