Что принуждает колонию микробов вести себя как многоклеточное существо? — uzkinobiz.ru
Сигналы активации производства экзополисахарида (зелёный) и биосурфактантного полисахарида (оранжевый) в бактериальном обществе.
Результаты исследования проявили, что секреция полимеров сахаров помогает миксобактериям адаптироваться к окружающей среде и сформировывать сложные многоклеточные структуры.
Исследования доктора Салима Тимо Ислама (Salim Timo Islam) и его аспиранта Фареса Саиди (Fares Saïdi) из Государственного научно-исследовательского института в Квебеке, Канада (Institut National de la Recherche Scientifique, INRS), проявили, что многоклеточная физиология (наука о сущности живого, жизни в норме и при патологиях, то есть о закономерностях функционирования и регуляции биологических систем разного уровня организации) социальной бактерии Myxococcus xanthus — миксобактерии, которая может интенсивно реорганизовывать своё общество в согласовании с критериями среды, — может быть, модулируется секрецией 2-ух натуральных полисахаридов в определённых зонах колонии. Результаты исследовательских работ, проведённых в сотрудничестве с интернациональной командой, размещены в журнальчике PLOS Biology.
Доктор Ислам четыре года занимается исследовательскими работами в области бактериальной физиологии (Физиология от греч. — природа и греч. — знание — наука о сущности живого), уделяя особенное внимание взаимодействию клеток микробов друг с другом и с поверхностями, на которых формируются бактериальные общества, в том числе многоклеточные бактериальные плёнки и плодоносящие тела. Развитие многоклеточности является главным эволюционным переходом, позволяющим делить физиологические функции в популяции клеток, что даёт достоинства для выживания; у одноклеточных это может привести к сложному поведению в процессе развития и формированию структур сообществ наиболее высочайшего порядка.
Плодоносящие тела, создаваемые колониями бактерии Myxococcus xanthus, похожи на плодоносящие тела грибов, в просторечии и именуемые фактически грибами.Обычно многоклеточность ассоциируется с ядерными организмами: звериными, растениями, грибами. Но определённые шаги к многоклеточности делают и бактерии. Более изученные примеры такового поведения у их — создание биоплёнок, а также плодовых тел, схожих на плодоносящие тела грибов. Ислам и Саиди исследовали данное явление на примере миксобактерии Myxococcus xanthus. Это организм, способный как к хищническому поведению, т.е. прямому поеданию остальных микробов, так и к сапротрофному питанию остатками чужого хищничества. Способность к разным типам питания упрощает для данной бактерии возможность конструктивного конфигурации поведения и структуры колонии в ответ на сигналы наружной среды. Если вокруг оказывается недостаточно питания, колония Myxococcus xanthus, состоящая из однотипных подвижных клеток, сформировывает плодовое тело, генерируя три дифференцированные субпопуляции: 1) клеточки, образующие устойчивые к высыханию миксоспоры в центре плодового тела, 2) клеточки в основании плодового тела, образующие собственного рода «ножку», «периферический стержень» и 3) клетки-фуражиры, сохраняющие подвижность на периферии плодового тела. Плодоносящие тела Myxococcus xanthus именуют роями, они способны к скользящему групповому движению и выигрывают у колоний одиночных бактериальных клеток за счёт того, что вместе вырабатывают огромные количества пищеварительных экзоферментов, разлагающих органические субстраты и остальные бактерии. Рои (плодоносящие тела) миксобактерий видны невооружённым глазом. Конкретно благодаря такому многоклеточному виду жизни Myxococcus xanthus обеспечивают выживание колонии.
Осознать механизм, заставляющий простые одноклеточные организмы объединяться в сложную многоклеточную структуру, — наинтереснейшая задачка для учёных, способная, в случае решения, открыть путь ко огромному количеству прорывных биотехнологий. Для решения данной задачки полезно осознать многофункциональную биохимию миксобактерий.
В процессе жизнедеятельности миксобактерии, как в состоянии рассеянной колонии, так и в плодовых телах, секретируют огромное количество разных веществ, в том числе несколько длинноцепочечных полисахаридов. Некие из их уже отлично исследованы и описаны, как, к примеру, O-антиген, входящий в макромолекулу липополисахарида и участвующий в функционале подвижности миксобактерии. Функционал неких понятен не до конца. А некие и совершенно пока толком не изучены.
Салим Тимо Ислам и Фарес Саиди в собственной работе попытались прояснить роль 2-ух секретируемых бактерией Myxococcus xanthus полисахаридов. Один из их, экзополисахарид (ЭПС), уже был частично описан: он важен для образования биоплёнок, т.к. играет в их роль основного компонента внеклеточного матрикса. Иной — плохо описанный «полисахарид слизи». Создатели работы окрестили его БПС — биосурфактантный полисахарид, потому что представили, что он имеет характеристики поверхностно-активного вещества (сурфактанта). Чтоб разобраться, как эти полисахариды работают, они поначалу узнали, какие белки участвуют в их производстве, потом сделали полосы мутантных бактериальных клеток, с отключенными генами, ответственными за синтез соответственных белков, а потом стали инспектировать, какие возможности, амеба, лишённая того либо другого полисахарида, утеряла. В частности, удалось выяснить, что в процессе питания ни ЭПС, ни БПС не задействованы: колонии, не умеющие секретировать эти вещества, как и раньше были способны употребить в еду колонию пищеварительной палочки (Escherichia coli). ЭПС также не задействован и в скользящей групповой подвижности (колония без него полностью ползла), а вот БПС, как оказывается, — напротив, задействован. Чтоб убедиться в том, что для скользящей подвижности важны конкретно биосурфактантные характеристики БПС, учёные попробовали заместить его в мутантной колонии наружным поверностно-активным веществом иной природы — и это сработало: скользящая подвижность колонии восстановилась.
Подобрав красящие биомаркеры, сцепляющиеся с исследуемыми полисахаридами, создатели работы также узнали, что активное создание ЭПС и БПС в бактериальном обществе соединено с началом активного формирования плодового тела и что потом эти полисахариды выполняются снутри роя неравномерно: ЭПС активнее секретируется на периферии колонии, в районах низкой плотности скопления клеток, в то время как БПС наиболее важен в центре колонии, где плотность клеток высока. Учёные представили, что такое распределение полимеров соединено с различной потребностью в их клеток с разным поведением. Может быть также, что определенный тип поведения субпопуляции клеток конкретно стимулируется определенным полисахаридом.
В целом, данная работа — принципиальный шаг в исследовании перехода одноклеточных к многоклеточному поведению.
«Так как причины, содействующие развитию бактериальных сообществ, пока плохо исследованы, — Гласит доктор Ислам, — Весьма любопытно найти ещё один».