Исследование, проведенное под руководством профессора Мартина Канна с факультета биологических наук Университета Дарема, показало, что E. coli вырабатывает фермент, который расщепляет содержимое их клеток до питательных веществ после смерти.
Таким образом, мертвые бактерии устраивают банкет из питательных веществ для своих живых соседей. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
«Оставался один нерешенный вопрос: мы не могли понять, как мог эволюционировать фермент, функционирующий после смерти. Обычно мы думаем, что эволюция касается живых организмов, а не мертвых. Ответ заключается в том, что соседние клетки, получающие питательные вещества от мертвых клеток, скорее всего, являются клонально родственными мертвой клетке. Следовательно, мертвая клетка отдает питательные вещества своим родственникам, подобно тому, как животные часто помогают кормить младших членов своей семейной группы. Это не похоже ни на что, что мы наблюдали раньше - это равносильно тому, как если бы мертвая курица внезапно превратилась в кучу вареных яиц, которые могли бы съесть ее сородичи», - рассказал Кан.
Находка демонстрирует, что процессы после смерти, как и процессы при жизни, могут быть биологически запрограммированы и подвержены эволюции. Биомолекулы, регулирующие процессы после смерти, могут быть использованы в будущем как новые мишени для лечения бактериальных заболеваний или как кандидаты для улучшения роста бактерий в биотехнологиях.
Savannah E. R. Gibson et al. Бактерии кодируют посмертный катаболизм белка, который обеспечивает альтруистическую переработку питательных веществ (аннотация).
В естественной среде обитания большинство бактерий практически не растут и типичной причиной этого является нехватка питательных веществ. Поэтому то, как бактерии катаболизируют макромолекулы окружающей среды и импортируют полученные питательные вещества, имеет большое значение для более широкого понимания микробного роста. Бактерии обычно переносят в клетку небольшие пептиды, которые служат источником фиксированного азота и аминокислот.
Гибель бактерий имеет решающее значение для рециркуляции питательных веществ. Однако основные механизмы, обеспечивающие переработку макромолекул после гибели бактерий, практически неизвестны. Мы показали, что бактерии кодируют посмертный катаболизм белков с помощью протеазы Lon, высвобождаемой из мертвых бактерий. Анализы роста показали, что лизат бактерий с нулевой протеазой Lon не дает преимущества в росте клеткам дикого типа. Этот недостаток устраняется с помощью экзогенной рекомбинантной Lon-протеазы, что подтверждает ее посмертную роль и независимость от активности Lon ATPase.
Биохимия, анализы роста и метаболомика показывают, что протеаза Lon способствует высвобождению пептидных питательных веществ, принося пользу живым клеткам и выступая в качестве совместного общественного блага. Мы также показали, что производство протеазы Lon не может быть объяснено личной выгодой для живых клеток. Хотя протеаза Lon может также приносить пользу живым клеткам в стрессовых условиях, помогая контролировать качество белка, эта личная выгода не перевешивает затраты в рассмотренных условиях. Эти результаты позволяют предположить, что протеаза Lon представляет собой посмертную адаптацию, которую потенциально можно объяснить, рассматривая посмертную косвенную выгоду для других клеток (родственный отбор). Это открытие свидетельствует о неожиданной посмертной биохимии, меняющей наше представление о рециркуляции питательных веществ.
Мы продемонстрировали посмертную функцию и ее роль в рециркуляции питательных веществ у одного из видов бактерий, что, по-видимому, является совместной социальной адаптацией. Возможное значение посмертных функций может быть гораздо шире. Например, содержимое клеток одноклеточной зеленой водоросли может по-разному влиять на относительную скорость роста других живых клеток в зависимости от способа гибели клеток для получения этого содержимого, и было высказано предположение, что естественный отбор может влиять на посмертные признаки разлагаемости отмерших листьев из-за влияния на плодородие почвы в пользу растения, сбросившего эти листья. Мы предполагаем, что многие виды могут иметь посмертные фенотипы, которым благоприятствует естественный отбор.
