В естественной среде обитания доступность питательных веществ ограничивает рост бактерий.
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Science и проведенном группой ученых из Аризонского университета обнаружено, что бактерии могут преодолеть это ограничение, получая питательные вещества путем лизиса соседних клеток посредством контактного антагонизма. Используя методы визуализации живых клеток и изотопные маркеры, авторы обнаружили, что во время голодания система секреции типа VI (T6SS) лизировала соседние клетки и таким образом обеспечивала рост за счет питательных веществ из лизированных клеток.
«Суть в том, что когда дела идут плохо, ты ешь своих соседей», — говорит Глен Д'Суза, старший автор исследования. «Мы знаем, что бактерии убивают друг друга из учебников. Но мы видим, что важно не только то, что бактерии имеют оружие для убийства, но и то, что они контролируют, когда использовать это оружие, чтобы съесть других, когда сами не могут расти. Большинство бактерий тихо собирают питательные вещества из окружающей среды, но некоторые из них являются специализированными охотниками, убивающими и потребляющими другие организмы или клетки. Наши эксперименты показывают, что даже так называемые безвредные бактерии могут стать убийцами в условиях стресса».
T6SS похож на микроскопический гарпун. Бактерия выстреливает игольчатым оружием в соседние клетки, впрыскивая токсины, которые разрушают их. Исторически ученые считали, что эта система служит в основном для конкуренции, устраняя соперников, чтобы освободить место, но исследовательская группа обнаружила, что бактерии убивают не только ради территории, но и стратегически, чтобы добыть пищу и помочь себе расти. Как в океанических бактериях, так и в микробах кишечника человека, бактерии, оснащенные T6SS, атаковали соседей, когда испытывали недостаток питательных веществ, а затем росли, питаясь утекающими остатками погибших.
Чтобы доказать это исследователи генетически отключали T6SS в некоторых штаммах. Когда эти генетически модифицированные бактерии были помещены в бедную питательными веществами среду с потенциальной добычей они не могли расти. Но немодифицированные бактерии, которые по-прежнему были способны уничтожать, процветали. Ученые также проанализировали геномы бактерий в различных морских средах и обнаружили, что эти системы уничтожения широко распространены. Геномные адаптации у антагонистов, характеризующиеся уменьшенным репертуаром метаболических генов, и ранее неисследованное распределение T6SS среди бактериальных таксонов в естественной среде позволяют предположить, что бактериальный антагонизм может способствовать переносу питательных веществ в микробиологических сообществах во многих экосистемах.
Это открытие имеет далеко идущие последствия. Если ученые смогут лучше понять, как работает это бактериальное оружие, они смогут начать разрабатывать более умные пробиотики, которые не просто сосуществуют в вашем кишечнике, но и активно защищают его, уничтожая вредные микробы. Это также может привести к созданию новых антибиотиков в условиях растущей лекарственной устойчивости. Тот же гарпун, который бактерии используют для извлечения питательных веществ из конкурентов, можно использовать для доставки лекарств непосредственно в проблемные патогены, что открывает новые горизонты в области целевых методов лечения. За пределами нашего организма, в океане, бактерии помогают регулировать углеродный цикл планеты. Когда бактерии-убийцы уничтожают тех, кто разлагает водоросли и перерабатывает углерод, это может изменить наше понимание того, сколько углерода остается в океане или возвращается в атмосферу.
Поняв, как бактерии убивают и потребляют друг друга, исследователи могут изменить наше представление об экосистемах — от кишечника человека до обширных океанов, которые регулируют климат Земли. На данный момент одно можно сказать наверняка: когда заканчивается пища, бактерии не просто конкурируют. Они охотятся.
