Устоявшиеся микробные колонии могут пережить атаку системой секреции VI типа

Новое исследование Принстонского университета и Базельского университета показало, что бактериальная система секреции VI типа (T6S), считавшаяся сверхоружием, может быть нейтрализована, если размер группы клеток-мишеней достаточно велик в момент начала атаки.

Как работает T6S и её уязвимость

• T6S — это мощный механизм быстрого уничтожения, обнаруженный почти у четверти грамотрицательных бактерий, включая Vibrio cholerae и Pseudomonas aeruginosa.
• Система впрыскивает токсичные белки в клетки-мишени, убивая их.
• Исследование, опубликованное в PLOS Computational Biology, объединило компьютерное моделирование и эксперименты с живыми бактериями.
• Ключевой вывод: хотя клетки на внешней стороне кластера гибнут, защищенные внутренние клетки могут размножаться достаточно быстро, чтобы восполнить потери изнутри. Если скорость размножения превышает скорость гибели, атакующие бактерии не могут захватить популяцию.

Переосмысление роли T6S

• T6S — не абсолютное оружие («Терминатор»), как считалось ранее.
• Система энергозатратна, и бактерии, вероятно, используют её выборочно, в определенных обстоятельствах, чтобы избежать случайного уничтожения полезных бактерий.
• «Бактерии явно выбирают, когда её использовать», — отметил первый автор Дэвид Боренштейн.

Оборонительный потенциал и методология

• В другом сценарии T6S может служить оборонительным оружием, когда бактерии с этой системой атакуют друг друга. Побеждает популяция с численным большинством.
• Моделирование, выполненное Боренштейном и соавтором Недом Вингрином, предсказало устойчивость мишеней.
• Лабораторные эксперименты под руководством Марека Баслера и Питера Рингеля с V. cholerae и Escherichia coli подтвердили результаты моделирования.
• «Красота симуляций в том, что можно варьировать параметры, которые сложно изменить экспериментально, например, скорость уничтожения или роста», — пояснил Баслер.

Более широкий контекст

• Работа демонстрирует, что пространственная структура популяции может быть важнее простого наличия токсина.
• Открытый динамический принцип — выживание за счет численности и быстрого восполнения — может применяться к другим природным системам, например, к борьбе коралловых рифов с водорослями.
• «Это прекрасный пример сочетания биологически мотивированного моделирования с лабораторными экспериментами», — отметил Джефф Гор из MIT, не участвовавший в исследовании.