Бактерии спасаются от фагов, уплывая вместе, выяснили учёные из Калтеха
Бактерии живут в условиях непрерывной осады. Вирусы, которые на них охотятся, — бактериофаги — зачастую многократно превосходят их числом: в человеческом организме, в почве, в озёрах и реках их может быть в сто раз больше, чем бактерий. И всё же бактерии продолжают процветать. Новое исследование учёных из Калифорнийского технологического института предлагает неожиданное объяснение: микробы выживают не потому, что сопротивляются атаке поодиночке, а потому, что движутся вместе.
В основе открытия лежит хемотаксис — способность клетки воспринимать химические градиенты и направляться к ним или от них. Многие бактерии используют это чувство, чтобы преследовать питательные вещества или спасаться от токсинов. Команда Калтеха обнаружила, что хемотаксис может служить и коллективной защитой. Когда фаги нападают, бактерии, координирующие своё движение, способны уйти из опасной зоны всем сообществом, вместо того чтобы стоять на месте и быть уничтоженными поодиночке.
Результат, о котором на этой неделе сообщили китайские научные СМИ, ставит под сомнение давнюю картину бактериальной защиты как чисто молекулярного дела — рестрикционные ферменты, CRISPR-подобные системы и другие внутриклеточные механизмы. Эти инструменты важны, но новая работа говорит о том, что поведение, и в частности решение двигаться толпой, представляет собой отдельную и мощную стратегию выживания. Исследователи описывают эффект как форму группового хемотаксиса, при которой отдельные клетки реагируют на одни и те же химические сигналы и в итоге движутся в одном направлении.
Почему это должно волновать кого-то за пределами микробиологической лаборатории? Фаги всё активнее изучают как альтернативу антибиотикам — это направление известно как фаготерапия, — а также применяют в обеспечении безопасности пищевых продуктов и в сельском хозяйстве. Если бактерии могут уклоняться от фагов, просто уплывая строем, то любое лечение, построенное на фагах, должно учитывать поведение бактерий, а не только их генетику. Открытие может помочь объяснить, почему подходы на основе фагов иногда терпят неудачу там, где бактерии могут свободно перемещаться.
Работа вписывается и в более широкий сдвиг в микробиологии — к восприятию бактерий как социальных организмов. Исследования последних двух десятилетий показали, что микробы общаются посредством химических сигналов, образуют структурированные сообщества, известные как биоплёнки, и координируют коллективное поведение. Исследование Калтеха добавляет к этому списку бегство — своего рода бегство толпы, а не противостояние толпы.
Практические последствия пока только проясняются. Понимание того, когда и как бактерии решают спасаться бегством, может подсказать, как разрабатывать фаговую терапию, как вести борьбу с инфекциями в движущихся жидкостях, таких как кишечник или кровоток, и как микробные сообщества в почве и воде реагируют на вирусное давление. Исследователи предупреждают, что поведение зависит от среды: бактериям нужны подходящие химические градиенты и достаточно пространства для движения.
Для широкой аудитории вывод знаком, но подан в новом свете: сотрудничество может быть стратегией выживания даже в мельчайших масштабах. У отдельной бактерии, столкнувшейся с фагом, может быть мало вариантов. У популяции, которая чувствует угрозу и движется вместе, их больше. Исследование пополняет растущий корпус данных о том, что микробный мир — это не столько собрание одиночных клеток, сколько совокупность согласованно действующих сообществ, и что некоторые из их важнейших решений принимаются в движении.