Бактерии часто сталкиваются с неоптимальными условиями роста и различными абиотическими стрессами в окружающей среде.
Некоторые виды способны производить высокоустойчивые клеточные структуры, называемые эндоспорами, чтобы перейти в метаболически неактивное состояние, пока условия окружающей среды не станут адекватными для возобновления вегетативного роста. В качестве альтернативы бактерии могут переходить в состояние покоя, жизнеспособное, но некультивируемое состояние (VBNC), в котором они сохраняют некоторую метаболическую активность за счет потери способности расти на обычных культуральных средах. Состояние VBNC зарегистрировано более чем у ста видов, но наши знания о молекулярных процессах, определяющих переход от вегетативного образа жизни к состоянию VBNC, особенно у грамположительных бактерий, все еще фрагментарны.
Переход в состояние VBNC часто сопровождается морфологическими изменениями, часто уменьшением размера и/или округлением клеток. Причины этого не совсем понятны, но существует гипотеза, что сферическая форма с меньшим соотношением площади поверхности и объема может помочь VBNC-бактериям снизить потребность в энергии и оптимизировать поглощение питательных веществ. В исследованиях, проведенных в основном на грамотрицательных бактериях, сообщалось о структурных модификациях пептидогликана клеточной стенки (КС), полученного из клеток VBNC, которые могут способствовать округлению клеток. Однако прямая связь между модификациями КС, морфологией клеток и спящим состоянием еще не была четко установлена.
Округление клеток также наблюдается, когда некоторые бактерии переходят в состояние дефицита КС (CWD). Это относится к L-формам, вариантам CWD, образующимся под воздействием агентов, нацеленных на CW, таких как антибиотики, литические ферменты или фаги. Клетки L-форм остаются жизнеспособными и способны к репликации, но отсутствие КС делает их чувствительными к осмотическому лизису, поэтому их необходимо культивировать в осмопротекторных условиях. По этой причине физиологическая значимость L-форм и бактерий с CWD в целом является предметом споров.
В данном исследовании мы сообщаем, что грамположительная бактерия Listeria monocytogenes претерпевает дифференциацию палочек в кокки при переходе в состояние VBNC в условиях дефицита питательных веществ в природной воде. Мы обнаружили, что это округление клеток происходит в результате потери КС через процесс ее сбрасывания. Эти формы листерий устойчивы к осмотическому лизису, вероятно, в результате адаптивных изменений в физико-химических свойствах их плазматической мембраны. Насколько нам известно, это первое сообщение о бактериях CWD VBNC, естественно возникающих в неосмотической стабилизированной среде. Мы идентифицировали стресс-респонсивный транскрипционный фактор SigB и автолизин NamA как основных молекулярных игроков в формировании CWD VBNC у листерий. Далее мы показали, что это состояние CWD VBNC распространяется на другие виды Listeria sensu stricto. Наконец, мы показали, что дремлющие лишенные стенок Listeria monocytogenes могут вернуться в состояние, когда они покрыты стенками, вегетативное и полностью вирулентное состояние после пассажа в эмбриональных куриных яйцах.
Наши результаты позволяют предположить, что потеря КС - это адаптивный процесс, используемый Listeria для выживания в условиях длительного ограничения питания. Наше исследование дает более подробную информацию о механизмах перехода в состояние VBNC, раскрывая возможности бактерий, естественно возникающих в водной среде, как потенциальной стратегии выживания в гипоосмотических и олиготрофных условиях.
