Учёные исследуют роль внеклеточных полимерных веществ в бактериальных биоплёнках

Исследовательская группа под руководством профессора Ханса-Курта Флемминга из Института океанологии Китайской академии наук сообщила о роли внеклеточных полимерных веществ (EPS) биоплёнок в исследовании, опубликованном в Nature Reviews Microbiology 27 сентября.

Исследователи сосредоточились на материале, который представляет собой «дом» бактерий биоплёнки: матрице EPS, состоящей в основном из полисахаридов, белков, нуклеиновых кислот и липидов.

Матрица EPS обеспечивает динамичное, функциональное и защищённое общее пространство для клеток биоплёнки. В нём бактерии не только организуют свои социальные взаимодействия, но и создают среду для синергетических взаимодействий между компонентами EPS.

К функциям EPS относятся межклеточная коммуникация и защита, а также создание градиентов концентрации на очень малых расстояниях, что обеспечивает сильное разнообразие среды обитания. Функциональные взаимодействия, основанные на EPS, лежат в основе эволюционного успеха биоплёнок.

Интересно, что, будучи образованными бактериями биоплёнки, EPS начинают жить собственной жизнью, независимой от своих производителей. Благодаря удержанию экзоферментов вокруг клеток биоплёнки формируется система внеклеточного пищеварения. Она расщепляет сложные биополимеры, даже из частиц материала, позволяя бактериям использовать образующиеся низкомолекулярные продукты в качестве субстратов.

«В этой пищеварительной функции они представляют собой узкое место для глобального биодеградации полимеров и значительный фактор секвестрации углерода, если учитывать их огромное количество — не менее 50 Pg C_org», — сказал профессор Флемминг.

Кроме того, исследование показало, что EPS действует как поглощающая губка, накапливая окружающие молекулы и частицы в качестве возможных питательных веществ, которые также могут включать токсины и загрязнители. Для последних EPS может выступать источником дезагрегации матрицы.

Как гидрогель, EPS играет важную роль в удержании воды и, следовательно, в устойчивости почв к засухе. В осадках они могут увеличивать сцепление и способствовать стабильности отложений.

EPS позволяет создавать стабильные биоплёнки, что имеет решающее значение для естественного самоочищения питьевой воды и сточных вод, поэтому они используются для биологической очистки питьевой воды и сточных вод по всему миру.

Как концентрационные элементы, EPS могут способствовать питтинговой коррозии металлов. Более того, из-за истощения кислорода они могут создавать анаэробные карманы прямо на поверхности металлов, предоставляя среду обитания анаэробным бактериям, таким как сульфатредукторы, которые являются классическими «промышленными патогенами», часто вызывающими микробиологически индуцированную коррозию (MIC).

С другой стороны, согласно исследованию, EPS содержат ценные продукты, которые всё чаще используются в биотехнологии, например, антипирены, стабилизаторы мороженого, биосурфактанты для третичной добычи нефти, бактериальную целлюлозу, гелеобразователи, такие как гиалуроновая кислота, ксантан, курдлан, или пробиотические полисахариды в качестве антиоксидантов.