Бактерии опасны для здоровья далеко не во всех случаях. Однако те из них, которые по одиночке особой угрозы не представляют, в ходе эволюции научились социальной кооперации. Микроскопические организмы образуют так называемые биоплёнки — специфические колонии, и осуществляют связь друг с другом при помощи сигнальных молекул.
Биоплёнки бактерий намного опаснее каждой из них в отдельности, и главный вопрос инфекционной медицины на сегодня — как помешать кооперации и сделать болезнетворные микроорганизмы более уязвимыми для лекарств.
Последнее исследование, проведённое учёными из Мемориального онкологического центра Слоана-Кеттеринга (Memorial Sloan-Kettering Cancer Center), стало крупным шагом на пути к разработке эффективной методики. Хоао Ксавьер (Joao Xavier) и его коллеги провели эксперимент с синегнойными палочками, в результате которого выяснились интересные особенности их эволюции.
Синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa) условно патогенна для человека и атакует организм преимущественно в тех случаях, когда иммунитет ослаблен. Она создаёт много проблем у раковых больных, которые проходят лечение: уничтожение опухолей невозможно без подавления работы иммунной системы, но такая терапия делает пациента особенно уязвимым для патогенных бактерий.
Другой известной особенностью P. aeruginosa является их устойчивость к антибиотиками. Поэтому Ксавьер решил проводить эксперимент именно на них.
Колонию синегнойных палочек исследователи поместили на платформу с питательными веществами и позволили им разрастаться и образовывать биоплёнку. Через 24 часа бактерии удалили с платформы, взяли небольшую их часть и поместили их на новую плоскость с питательными веществами.
Эти манипуляции продолжались регулярно на протяжении девяти дней и были призваны имитировать искусственно процесс эволюции бактерий. На финальном этапе эксперимента биологи заметили, что 20 из этих колоний начали распространяться по платформе с большей скоростью, чем обычно. В отличие от первых синегнойных палочек, они оставляли некоторые участки не заражёнными, зато стремились как можно быстрее заполнить всё пространство, на которое их поместили.
Учёные задумались, почему же так происходит. Дальнейшие этапы исследования, проводимые уже на молекулярном уровне, дали ответ на этот вопрос.
Оказалось, что в ходе искусственной эволюции у части синегнойных палочек образовалась мутация в единственном гене FleN, которая спровоцировала рост дополнительного жгутика. Благодаря новой конечности бактерии научились передвигаться и распространяться быстрее обычного.
Но это новообретённое свойство — палка о двух концах для болезнетворных микроорганизмов. С одной стороны, они стремительнее осваивают любую поверхность, а с другой — у них почти не остаётся времени на установление прочных молекулярных связей друг с другом, что мешает образованию биоплёнки и делает их более уязвимыми для иммунитета хозяина или антибиотиков.
"Мы были очень удивлены, когда это заметили. Важно понимать, что даже мутировавшие бактерии устанавливают связь друг с другом, однако они очень быстро её теряют из-за высокой скорости передвижения", — рассказывает Ксавьер.
На основе этих данных исследователи предлагают создать лекарство, которое будет воздействовать на ген FleN у бактерий, провоцируя выработку дополнительного жгутика. Они будут быстрее распространяться, зато станут более восприимчивыми к атакам антибиотиками.
Данная работа может пригодиться и для фундаментальных исследований. Поскольку Ксавьер и его коллеги применяли методику искусственной эволюции в ходе своего эксперимента, эволюционные биологи могут взять на заметку некоторые особенности этого опыта.
О результатах эксперимента и выводах учёных можно подробнее почитать в их статье, опубликованной в журнале Cell Reports.
Также по теме:
Доказано существование сети секретных коммуникаций у бактерий
Бактерии умеют общаться на ощупь
Кишечные бактерии используют "биологическое оружие" для уничтожения конкурентов за питательную среду
Живые организмы способны адаптироваться к космическим полётам
МКС "сжирают" мутировавшие микробы
