Визуализация раскрыла ключевые метаболические факторы каннибалистических бактерий

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего раскрыли новые детали о том, как бактерии-каннибалы идентифицируют сородичей, пригодных для потребления. Работа, в которой использовалась визуализирующая масс-спектрометрия, — это первый шаг к более масштабному проекту по картированию всех сигнальных молекул между организмами.

«Это молекулы, которые управляют биологией», — сказал Питер К. Доррестейн, доктор философии, доцент Фармацевтической школы Скаггса и автор статьи, опубликованной на этой неделе в онлайн-издании Proceedings of the National Academy of Sciences.

Бактериальный каннибализм происходит, когда субпопуляция микробной колонии поедает другую субпопуляцию, получая питательные вещества для поддержания роста в периоды ограниченности внешних источников пищи. Это явление хорошо известно, но плохо охарактеризовано. Например, исследователи не знали точно, как микробы идентифицируют, выбирают и убивают своих генетически идентичных собратьев.

Доррестейн с коллегами из Калифорнийского университета в Сан-Диего, Айовы и Техаса изучали Bacillus subtilis — распространённый вид со сложным жизненным циклом, который процветает в разнообразных условиях: от почвы до инфицированных ран и кишечного тракта. Используя визуализирующую масс-спектрометрию, исследователи создали пространственные распределения или химические карты молекул внутри микроба, уделив особое внимание двум метаболитам: белку, задерживающему споруляцию (SDP), и фактору убийства при споруляции (SKF). Учёные правильно предположили, что они непосредственно участвуют в процессе каннибализма.

«Это первые полностью охарактеризованные молекулы, которые позволяют B. subtilis "переваривать" или дифференцировать генетически идентичные клетки», — сказал Доррестейн. «Наша работа также показывает, что молекулы, которые бактерии используют для дифференциации, аналогичны молекулам многоклеточного организма, даже несмотря на генетическую идентичность микробов. Большинство людей не думают о микробной колонии как о дифференцированно организованном многоклеточном организме».

Поскольку SDP и SKF были вовлечены в уничтожение бактерий, учёные также исследовали, могут ли эти молекулы быть эффективным оружием против патогенов человека. Результаты были неоднозначными. SKF не оказал влияния на целевые патогены, такие как Pseudomonas aeruginosa или Klebsiella pneumonia, но SDP продемонстрировал мощную ингибирующую активность против двух вариантов Staphylococcus aureus и других патогенов. Доррестейн отметил, что сам SDP имеет ограниченный потенциал в качестве антибактериального агента, «но он может служить ведущим соединением для антибиотика, где активная часть может быть модифицирована для соответствия требованиям терапевтического агента. Это также показывает, что визуализирующая масс-спектрометрия может использоваться для открытия биологически активных молекул».

Он добавил, что дополнительные антибактериальные молекулы, вероятно, будут найдены у других каннибалистических видов, но их ещё предстоит идентифицировать и описать.