Бактерии тоже бывают «голодными и злыми»: как недостаток питательных веществ заставляет микробы вырабатывать токсины

Новое исследование под руководством Адама Розенталя, доктора философии, доцента кафедры микробиологии и иммунологии, показало, что некоторые бактериальные клетки, подобно людям, становятся «голодными и злыми» (hangry). В таком состоянии они выделяют вредные токсины, вызывающие болезни.

Используя современные технологии, Розенталь и его коллеги из Гарварда, Принстона и Danisco Animal Nutrition обнаружили, что генетически идентичные клетки в бактериальном сообществе выполняют разные функции. Одни ведут себя «мирно», а другие — «плохие актеры» — производят токсины.

«Бактерии ведут себя гораздо разнообразнее, чем мы думали раньше. Даже внутри генетически идентичного сообщества они действуют неодинаково. Мы хотели выяснить, почему».

Исследование, опубликованное в Nature Microbiology, важно для понимания распределения функций в бактериальных сообществах и может помочь в борьбе с антибиотикоустойчивостью.

Ключевые методы и результаты

• Объект исследования: бактерия Clostridium perfringens, обитающая в кишечнике человека, позвоночных, насекомых и почве.
• Метод: с помощью микрофлюидного генератора капель ученые изолировали отдельные бактериальные клетки для анализа.
• Главное открытие: клетки, не производящие токсины, были хорошо обеспечены питательными веществами. Клетки, производящие токсины, испытывали в них недостаток.

Гипотеза о влиянии питания подтвердилась: когда «плохим актерам» добавили ацетат, уровень токсинов в сообществе снизился, а количество самих токсинопродуцирующих клеток уменьшилось.

Практическое значение и дальнейшие вопросы

Это открытие открывает новые возможности:

1. Сельское хозяйство: C. perfringens вызывает смертельные заболевания у птиц. В условиях отказа от антибиотиков добавление питательных веществ может стать новым инструментом для снижения патогенности бактерий.
2. Медицина: Розенталь исследует, можно ли таким образом бороться с антибиотической толерантностью — состоянием, когда часть бактерий избегает действия лекарства, даже не имея устойчивости.

Остаются открытые вопросы: характерно ли это явление только для C. perfringens или факторы среды могут «включать» выработку токсинов и при других инфекциях.