Ученые обнаружили, что слизистая плесень может вторгаться в колонию бактериальных клеток подобно тому, как раковые клетки вторгаются в здоровые ткани.
Как сообщается в новом исследовании, опубликованном 28 марта в журнале Current Biology, инвазивное поведение слизистой плесени Fonticula alba может дать ключ к разгадке того, как возникли многоклеточные структуры у грибов и животных.
F. alba, которая была обнаружена в окружающей среде только однажды (в собачьих фекалиях из штата Арканзас в 1960-х годах), не вызывала особого интереса до тех пор, пока несколько лет назад ученые из Женевского университета не заинтересовались ее уникальным положением на эволюционном древе. В то время как большинство ранее описанных слизистых плесеней, таких как Dictyostelium spp., являются родственниками животных и растений, F. alba более тесно связана с грибами, чем другие слизистые плесени.
"Грибы и животные очень тесно соседствуют на эволюционном древе", - говорит Крис Торет, микробиолог из Женевского университета. "Но почему гриб в итоге стал грибом, а животное - животным? Очевидно, есть некоторые различия, вот почему мы хотели рассмотреть [F. alba] в качестве модельного организма". Поскольку о F. alba было мало что известно, первым делом нужно было познакомиться с ней. "Я потратил некоторое время, пытаясь понять: "Можем ли мы вырастить ее в лаборатории?"". объясняет Торет. "Даже просто пытаясь это сделать, мы начали замечать ее некоторые интересные клеточные особенности".
Предыдущие исследования позволили описать некоторые особенности жизненного цикла F. alba. Как и большинство слизистых плесеней, она проводит большую часть своей жизни в одноклеточной форме, как амеба, питающаяся бактериями. Однако на определенном этапе жизненного цикла она становится многоклеточной, объединяясь с другими особями в напоминающие вулкан плодоносящие тела, которые выделяют споры и помогают слизистой плесени распространяться. Предыдущие работы описали, как в этом объединенном состоянии другие слизистые плесени могут совместно принимать решения и создавать узоры, поразительно похожие на схемы метро.
Но что осталось совершенно неописанным в литературе, так это другое многоклеточное поведение F. alba: вторжение. Торет и его коллеги обнаружили, что F. alba переходит в агрегированное состояние только при кокультивировании с бактериями - в данном случае с обычной фекальной бактерией Klebsiella pneumonia, - которые находятся в определенной фазе жизненного цикла. Бактерии проходят фазы роста и гибели, быстро растут, а затем погибают, когда их источники пищи истощаются. Именно пристуствие бактерий, находящихся в фазе упадка, вызванного нехваткой пищи, побуждало слизистую плесень к агрегации, хотя ученые пока не знают, почему.
Ученые обнаружили, что в своем инвазивном социальном состоянии F. alba прочесывает истощенную бактериальную лужайку, пируя и ища новые источники пищи. Исследователи сравнили этот инвазивный механизм с тем, как раковые клетки коллективно проникают в окружающие ткани, а грибы используют длинные, ветвящиеся нити для продвижения в поисках новых источников пищи, хотя механизмы, с помощью которых F. alba вторгается в бактериальные колонии, остаются неизвестными. Клетки слизистой плесени образуют многоклеточные усики, которые протягиваются через заполненный бактериями агар, в котором "клетки-последователи" направляются одной клеткой-"лидером". Клетки в усиках общаются между собой - когда клетка-лидер попадает в среду, свободную от бактерий, она дает сигнал клеткам, следующим за ней, развернуться. Раковые клетки также используют скоординированную систему "лидер-последователь" для миграции в соседние ткани из первичной опухоли.
Исследователи использовали лазеры, чтобы нарушить движение клеток-лидеров, и обнаружили, что их отключение нарушает движение усиков и приводит к беспорядочному движению. В конце концов, другие клетки-лидеры брали на себя управление, и вторжение продолжалось. Однако этого не происходило при отключении клеток-последователей, что указывает на то, что клетки F. alba играют разные роли в этой агрегирующей фазе своей жизни. "Это очень важное и интересное исследование", - говорит Стюарт Ньюман, клеточный биолог из Нью-Йоркского медицинского колледжа, не принимавший участия в исследовании, - "Это новое явление для агрегатных микроорганизмов".
Агрегация слизистых плесеней давно интересует ученых, изучающих происхождение многоклеточности - то есть то, как наши одноклеточные предки объединялись вместе, образуя ткани, что в конечном итоге позволило эволюционировать животным, многоклеточным грибам и растениям. Наблюдая за усиками слизистой плесени, исследователи заметили сходство с тем, как растут и развиваются грибы, что наводит на мысль об общем эволюционном механизме. Некоторые ученые предполагали, что гифы, нитевидные структуры, которые являются основным способом передвижения грибов, развились из нервных отростков. Но инвазивное поведение F. alba говорит о том, что "инвазивная гифальная сеть могла быть создана на основе агрегационных механизмов", - говорит Торет.
"Мы думаем, что животные эволюционировали, становясь агрегированными", - говорит Торет, - "теперь мы также думаем, что инвазивное распространение также эволюционировало за счет агрегации".
Ньюман отмечает, что инвазивная социальная агрегация кажется "похожей на то, что происходит при раке", и что данное исследование является доказательством того, что "социальные клетки делают похожие вещи ... по разным причинам". Он предполагает, что, хотя разные организмы могут использовать разные молекулы для агрегации, коллективное вторжение может быть общим свойством социальных клеток, сохраняющимся в разных эволюционных линиях. Более того, добавляет Ньюман, исследование показывает, что инвазивное поведение "не зависит" от одних и тех же молекул в разных линиях, "что ... противоречит некоторым твердо установленным представлениям об эволюции".
"Fonticula - исключительно крутой и харизматичный микроорганизм", - говорит Мэтью Браун, микробиолог из Университета штата Миссисипи, который не принимал участия в исследовании. Хотя он называет исследование "отличной работой" и "невероятным наблюдением", он говорит, что был "удивлен" сравнением между коллективной инвазией при раке и F. alba, заявив, что это "немного не корректное сравнение". Он говорит, что гипотеза авторов об эволюционной связи между поведением при коллективной инвазии у F. alba и грибов "тоже немного не дотягивает, просто потому, что грибы не являются амебоидными, грибы - это перегородчатые формы жизни". Однако, по его словам, "это определенно та гипотеза, которую стоит проверить".
