Как бактерии воюют и дружат друг с другом

Бактерии живут в сложных сообществах, иногда дружа друг с другом, иногда враждуя. Но чтобы дружить или враждовать, нужно уметь отличать друзей от врагов.

Исследователи из Университета штата Пенсильвания вместе с коллегами из Китайской академии наук наблюдали, как растут вместе разные штаммы кишечной палочки. Когда штаммы встречались, между ними появлялась демаркационная линия – граница, через которую они не могли перейти и потому не смешивались друг с другом. Но если встречались не разные штаммы, а разные клоны одного штамма, то никакой демаркационной линии не появлялось, бактерии объединялись в одну популяцию. То есть, очевидно, у разных штаммов был механизм, позволяющий узнавать своих.

Чтобы узнать, какие гены за это отвечают, нужно было сравнить поведение кишечных палочек, у которых были отключены те или иные гены. Оказалось, что бактерии перестают отгораживаться от чужих, если у них не синтезируется белок, необходимый для размножения некоторых вирусов-бактериофагов. Точно так же границы между штаммами не появлялось, если у бактерий из генома исчезали так называемые профаги – куски вирусной ДНК, которая встроена в бактериальную хромосому. Такой спящий вирус никак не беспокоит бактерию – новых вирусных частиц в ней не появляется. В то де время некоторые вирусные белки клетка вполне может синтезировать для своих целей.

Один из спящих вирусов, которые помогали бактериям проложить границу между собой и соседями, оказался фаг CPS-53 – если у бактерий был фаг CPS-53 и его белок под названием YfdM, между группами микробов возникала та самая демаркационная линия. Но что такое эта демаркационная линия? Это погибшие клетки. Убить неприятных соседей мог бы вирус, но вирус CPS-53 спит. Оказывается, кишечные палочки задействуют ещё одного фага – SW1. Для размножения он может использовать тот самый белок YfdM, который исходно совсем не его.

Бактерии, которые уже имели дело с фагом SW1 и у которых есть для него белок YfdM, страдают от фага в меньшей степени – вирус заражает клетки, но, размножаясь, он реже их убивает. Но если SW1 столкнётся с бактериями, которые с ним ещё не сталкивались и у которых нет YfdM, то для них всё закончится плохо – фаг будет размножаться чрезвычайно агрессивно и клетки будут гибнуть.

Иными словами, бактерии научились использовать запчасти от спящего вируса вместе с другим, неспящим вирусом, чтобы отграничивать себя от соседей, чтобы не пускать их на свои питательные ресурсы. Спящий фаг нужен, чтобы отличить своих от чужих, а неспящий – чтобы отделить своих от чужих. В статье в Cell Reports говорится, что для различения своих и чужих кишечные палочки могут использовать и другие вирусы. Возможно, этот механизм работает и у других бактерий тоже; и, возможно, его удастся использовать в медицине – например, в тех случаях, когда нужно наладить обстановку в микрофлоре, чтобы поощрить своих симбионтов и изгнать чужаков-патогенов.

По материалам Phys.org.

Для того, чтобы быть в курсе новостей в сфере науки, подписывайтесь на наш Telegram-канал.