Зачем бактерии-каннибалы уничтожают сородичей
Исследователи из Сеченовского университета и их коллеги из других институтов суммировали результаты различных исследований, посвященных процессу, который можно охарактеризовать как бактериальный каннибализм. Почему некоторые микроорганизмы начинают убивать своих родственников одного и того же вида и можем ли мы использовать это явление для борьбы с инфекционными заболеваниями, объясняется в статье, опубликованной в журнале Antibiotics.
Убийство некоторыми бактериями при определенных условиях своих изогенных (генетически идентичных) сородичей получило название «аллолизис». Это явление изучается в течение почти двух десятилетий, но у исследователей есть еще много вопросов, на которые предстоит ответить. Например, почему родственные бактерии внезапно начинают убивать друг друга, как выживают «убийцы» (хотя токсины, которые они производят, смертельны для них самих), используются ли эти токсины только для убийства родственников или они также участвуют в других клеточных процессах. Поиск ответов на эти вопросы может помочь разработать новые способы воздействия на важнейшие процессы в клеточных сообществах, что особенно важно в наши дни, когда антибиотики становятся все менее эффективными.
Существует несколько теорий о причинах, по которым при определенных условиях одна часть изогенной популяции выступает в роли «убийц», а другая становится вольной или невольной жертвой своих родственников. Наиболее очевидным, но, возможно, не единственным правильным объяснением является то, что аллолизис помогает бактериальному сообществу сократить свою численность в условиях недостатка ресурсов, позволяя выжить небольшому количеству клеток и сохранить вид.
Но есть и другое предположение, к которому сегодня склоняется большинство ученых: микроорганизмам нужна не просто смерть родственников, а скорее фрагменты их ДНК, доступные после гибели бактерий. Включая эти фрагменты в свой геном, клетка может «починить» поврежденные или мутировавшие участки, а также приобрести полезные мутации, например, такие, которые могут дать устойчивость к антибактериальным препаратам.
Исследователи, изучавшие аллолизис среди пневмококков (Streptococcus pneumoniae), предположили, что эти бактерии могут извлечь выгоду из гибели части их популяции, поскольку при этом происходит быстрое высвобождение соединений, которые помогают бактериям адаптироваться в организме хозяина.
Другие бактерии, такие как сенная палочка (Bacillus subtilis), могут использовать аллолизис, чтобы отложить начало энергозатратного процесса спорообразования при недостатке ресурсов. Кроме того, ученые выяснили, что каннибализм помогает сообществам грамположительных спорообразующих палочковидных бактерий Paenibacillus dendritiformis снизить плотность популяции и избежать перенаселения. Было также доказано, что аллолизис играет важную роль в формировании микробных биопленок, поскольку попадающие во внеклеточную среду фрагменты ДНК погибших клеток представляют собой важный компонент биопленочного матрикса.
Открытие и изучение явлений, сходных с бактериальным аллолизисом, побуждают нас пересмотреть устоявшиеся концепции в микробиологии. Гибель одной части популяции ради выживания другой позволяет рассматривать микробные сообщества как некий многоклеточный организм с четкой дифференциацией клеток на специализированные субпопуляции, имеющие разные роли: одни становятся жертвами в стрессовой ситуации и погибают, а другие действуют как убийцы и выживают, спасая сам вид.
Такое понимание бактериальных сообществ может помочь в разработке совершенно новых антибактериальных препаратов, которые будут направлены на сложную систему взаимоотношений внутри сообщества, а не на уничтожение одной бактериальной клетки, которая быстро адаптируется к любому возможному воздействию.
