Сложное роение: бактерии поддерживают друг друга через поколения
Исследователи из Базельского университета впервые продемонстрировали, что бактерии в сообществах кооперируются и делятся питательными веществами через поколения. Это стало возможным благодаря новому методу, позволяющему отслеживать экспрессию генов в процессе развития бактериальных сообществ в пространстве и времени.
В природе бактерии обычно живут в сообществах. Их совместное существование дает множество преимуществ: устойчивость к неблагоприятным условиям, освоение новых территорий и взаимная выгода.
В новом исследовании, опубликованном в Nature Microbiology, команда профессора Кнута Дрешера из Биоцентра Базельского университета детально изучила развитие сообществ роящихся бактерий на примере Bacillus subtilis.
Бактерии обеспечивают ресурсы для будущих поколений
«Мы выяснили, что эти бактерии, живущие в сообществах, кооперируются и взаимодействуют друг с другом через поколения, — объясняет профессор Дрешер. — Ранние поколения откладывают метаболиты для более поздних поколений».
Ученые также идентифицировали разные субпопуляции внутри бактериального роя, которые производят и потребляют различные метаболиты. Некоторые метаболиты, выделяемые одной субпопуляцией, становятся пищей для других субпопуляций, появляющихся позже в процессе развития роя.
Распределение задач внутри сообщества
Исследователи объединили современную адаптивную микроскопию, анализ экспрессии генов, анализ метаболитов и роботизированный отбор проб. Этот инновационный подход позволил одновременно изучить экспрессию генов и поведение бактерий в точно определенных местах и в конкретное время, а также идентифицировать выделяемые метаболиты.
Бактериальный рой можно было разделить на три основные области: фронт роя, промежуточная область и центр роя. Однако между областями наблюдаются постепенные переходы.
«В зависимости от области бактерии различаются по внешнему виду, характеристикам и поведению, — объясняет первый автор Ханна Джекель. — В то время как по краям они в основном подвижны, бактерии в центре образуют длинные неподвижные нити, формируя 3D-биопленку. Одна из причин — разная доступность пространства и ресурсов».
«Пространственное распределение бактерий с различным поведением позволяет сообществу расширяться, но также и укрываться в защитной биопленке». Этот процесс, по-видимому, является широко распространенной стратегией в бактериальных сообществах и имеет решающее значение для их выживания.
Эта работа иллюстрирует сложность и динамику внутри бактериальных сообществ и раскрывает кооперативные взаимодействия между отдельными бактериями — на благо сообщества. Пространственные и временные эффекты, таким образом, играют центральную роль в развитии и становлении микробных сообществ. Важным достижением стало создание новаторской методики, позволившей получить всеобъемлющие пространственно-временные данные о многоклеточном процессе с разрешением, ранее недостижимым ни для одной другой биологической системы.