Могут ли бактериальные колонии быть хорошими соседями?

Немецкие учёные получили новые данные о взаимодействии бактериальных колоний.

Исследователи из Центра нанонаук Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана (LMU) использовали эксперименты и компьютерные модели для изучения популяционной динамики бактериальных экосистем.

Их исследование, сфокусированное на разных штаммах бактерии E. coli, опубликовано сегодня в журнале Physical Biology.

Ведущий автор работы, доктор Мадлен Опиц (LMU): «Бактериальные сообщества оказывают значительное влияние на глобальный климат, экосистемы, пищевые цепи и здоровье человека. Взаимодействия между составляющими их бактериями определяют состав сообщества и популяционную динамику. Детальное понимание этого механизма может помочь, например, в разработке новых методов лечения бактериальных инфекций».

Учёные изучали смешанные сообщества гетерогенно токсин-продуцирующих (C-штамм), чувствительных к токсину (S-штамм) и устойчивых к токсину (R-штамм) бактерий.

Они использовали многоуровневую флуоресцентную микроскопию, которая позволяет выявлять неизвестные или недооценённые случайные процессы (стохастические эффекты) в бактериальной конкуренции. Это позволило исследовать микроскопическое взаимодействие R- и C-штаммов и количественно оценить роль стохастических эффектов в пространственно структурированном взаимодействии C-R-S.

Данные многоуровневой покадровой съёмки позволили разделить влияние локальных и глобальных эффектов взаимодействий на макроскопический исход конкуренции.

Также было исследовано «читерство» устойчивого штамма (R), который получает выгоду от токсина, продуцируемого C-штаммом, не неся затрат на его производство, и определена дистанция, на которой это читерство сохраняется.

Доктор Опиц: «Наши результаты показывают, что раннее формирование паттернов колонии подвержено случайным процессам в позиционировании и производстве токсина. Затем, во второй фазе конкуренции, в основном детерминированные процессы, такие как рост бактерий и глобальное действие токсина, определяют последующую популяционную динамику».

Наряду с факторами окружающей среды, переменные, характеризующие раннюю фазу, надёжно предсказывали исход конкуренции.

Команда также обнаружила, что взаимодействия соседних кластеров R и C может усиливать локальные вариации, влияя на динамику и исход конкуренции.

Доктор Опиц добавила: «Для этого взаимодействия соседей мы определили читерство R как совместное действие C и R на S. Анализируя взаимодействие локально на микроскопическом уровне, мы оценили расстояние, на котором взаимодействие соседей значительно меняется, примерно в 250 мкм».