Бактерии практикуют самопожертвование

Ученые изучили загадочное поведение бактерий, которые способны жертвовать собой на благо популяции. Эти альтруистические существа, ныне описанные в журнале Molecular Systems Biology, могут быть использованы в условиях, когда запрограммированная гибель отдельных клеток дает явное преимущество для выживания всей популяции бактерий.

"Мы измерили и проверили адаптивные преимущества запрограммированной гибели на кишечной палочке, - говорит Лингчонг Ю, старший автор исследования, доцент кафедры медицинской биоинженерии Университета Дьюка. - Эта система настраиваема, таким образом степень "альтруистической" смертности бактерий в различных условиях может увеличиваться".

Ученым было известно, что запрограммированная смерть клетки может быть связана с реакцией на аминокислотный голод или наличие конкурентных молекул. Тем не менее, было неясно, почему клетки выбирают смерть - ведь казалось, что это не дает им никакого преимущества. До настоящего времени.

Теперь, используя методы синтетической биологии, ученые провели над кишечной палочкой серию процедур. Они ввели в бактерии цепочку генов, состоящую из двух модулей. Если был активирован "суицидный модуль", то это приводило к активному разрыву и гибели некоторых бактериальных клеток, когда они сталкивались с антибиотиком. Если активировался модуль "общественного блага", вырабатывалась модифицированная форма ферментов бета-лактамаз, защищавшая выжившие клетки. На самом деле, эта защита возникает только тогда, когда фермент высвобождается из бактериальной клетки - то есть когда бактерия-жертва умирает от разрыва.

"Наши результаты ясно показали, что при некоторых условиях смерть некоторых бактерий действительно дает остальным преимущество. Мы также вычислили оптимальную скорость этого процесса для бактериальных популяций", - утверждают ученые.

Благодаря этому открытию ученые сумели объяснить известное, но нелогичное на первый взгляд явление, когда бактерии начинают лучше расти при лечении антибиотиками в высоких концентрациях. "В целом наши результаты заполняют концептуальный пробел в понимании эволюционной динамики бактерий. Мы понимаем теперь, почему бактерии гибнут в стрессовых условиях. Эта очень ценная информация для разработки новых стратегий эффективного лечения бактериальных инфекций с помощью антибиотиков", - сказал Ю.