Болтуны: новая модель показывает, как общаются бактерии

Бактерии взаимодействуют, испуская клеточные сигналы, которые могут вызывать ответ у соседей, заставляя их вести себя иначе или производить разные вещества. Например, они могут координировать движение от опасности или излучать свет для отпугивания хищников.

В новом исследовании, опубликованном в Biophysical Reports, учёные из Университета штата Флорида и Кливлендского государственного университета представили математическую модель, объясняющую, как бактерии общаются в рамках более крупной экосистемы. Понимание этого процесса позволяет предсказывать, какие действия могут вызвать определённые ответные реакции бактериального сообщества на изменения среды.

"Обычно модели бактерий в синтетических средах включали множество уравнений, описывающих множество вещей, но они не были достаточно гибкими для разных приложений", — сказал соавтор Бхаргав Карамчед. "Мы создали гибкую математическую модель, которую можно применять в различных экспериментальных условиях".

Такие модели помогают предсказывать, как бактериальные сообщества координируют активность. Это позволяет настраивать параметры сообщества, такие как численность популяций разных типов бактерий или петли обратной связи, под разные цели. Например, в популяции из двух видов бактерий преобладание одного может быть опасным для организма-хозяина, а другого — полезным. Правильный баланс критически важен, и модели помогают исследователям проектировать и анализировать создаваемые бактериальные сообщества.

"В синтетической биологии сейчас не хватает именно таких общих, гибких моделей, готовых к использованию", — отметил Карамчед. "Наша модель может не улавливать все детали, но она схватывает общую структуру происходящего. Учёные и инженеры могут использовать её для сравнения с экспериментальными данными".

Исследователи также проверили свою модель на ранее опубликованных данных об общении бактерий на больших расстояниях. Предыдущая работа показала, что бактериям для сигнализации нужна лишь положительная обратная связь. Однако модель Карамчеда и его коллег предсказывает, что скорость производства сигнальных молекул также должна находиться в определённом диапазоне для успешной координации.

"Эта модель закладывает основу для широкого спектра будущих экспериментов, тестирующих различные взаимодействия штаммов и геометрии", — сказал соавтор Шон Райан.

Ведущим автором статьи стал Райан Годин.