Когда бактерии испытывают стресс, угрожающий их выживанию или подавляющий рост, защитные адаптации происходят в разные сроки.
После того как клетки подвергаются стрессовому воздействию окружающей среды в течение нескольких поколений, происходит отбор генотипов с защитными признаками. В более короткие сроки, сразу после воздействия стресса на клетки, бактерии часто чувствуют стресс и регулируют ответную реакцию, чтобы выжить и размножиться. Однако для бактерий было бы наиболее выгодно, если бы клетки могли чувствовать угрозу и реагировать на нее еще до непосредственного воздействия на них. Такое распознавание опасности было широко изучено для иммунных клеток человека, которые могут чувствовать бактерии, грибки или повреждения тканей с помощью множества сигналов, которые по своему информационному содержанию варьируют от очень специфических до очень общих. Недавно также сообщалось, что у бактерий распознавание опасности происходит между родственными клетками, что заставило нас предположить, что распознавание опасности может быть более широко распространено среди бактерий и что могут существовать консервативные сигналы опасности.
Было показано, что биопленки защищают бактериальные клетки от многих угроз окружающей среды, включая хищничество фагов. Изучая реакцию Vibrio cholerae на хищничество бактериофага, которое имеет большое значение для вспышек холеры и, вероятно, влияет на тяжесть заболевания, мы обнаружили общий бактериальный сигнал опасности. Этот сигнал опасности несет информацию не только о присутствии фагов, но и о любых неблагоприятных условиях, вызывающих в ближайшем окружении лизис грамотрицательных или грамположительных бактерий.
Мы наблюдали ответ на общий сигнал опасности, который сохраняется у многих видов бактерий: формирование защитных биопленок. Мы показываем, что различные виды бактерий используют экзогенные фрагменты пептидогликана, которые высвобождаются при лизисе близлежащих родственных или неродственных клеток, в качестве общего сигнала опасности. Используя микроскопию и профилирование экспрессии генов у Vibrio cholerae, мы обнаружили, что даже кратковременное воздействие сигнала приводит к регуляторному ответу, вызывающему формирование трехмерной биопленки, которая защищает клетки от широкого спектра стрессов, включая хищничество бактериофагов.
Разнообразные виды (Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumannii, Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis) также реагируют на экзогенный пептидогликан, образуя биопленки. Поскольку пептидогликан из разных грамотрицательных и грамположительных видов вызывал образование трехмерных биопленок, мы предполагаем, что этот сигнал опасности и ответ на него являются консервативными среди бактерий.
