Биолюминесцентные бактерии координируют сигнализацию для колонизации светящегося органа кальмара

Новое исследование под руководством учёных из Университета Пенсильвании раскрывает, как бактерии Vibrio fischeri координируют своё поведение для колонизации гавайского короткопёрого кальмара (Euprymna scolopes), используя клеточную сигнализацию и сигналы из окружающей среды. Работа опубликована в журнале eLife.

Взаимовыгодный симбиоз

• Бактерии V. fischeri населяют специализированный световой орган кальмара, обеспечивая маскировку (контр-освещение) от хищников снизу.
• Взамен бактерии получают от кальмара питательные вещества.
• Новорождённые кальмары стерильны — бактерии должны колонизировать световой орган из окружающей среды.

Проблема координации поведения

Внутри светового органа поведение бактерий регулируется чувством кворума (quorum sensing):

• При высокой плотности популяции активируется сигнальный путь, который включает биолюминесценцию и подавляет подвижность бактерий.
• Однако перед колонизацией бактерии также формируют крупные агрегаты (скопления) клеток. Если бы в них активировалось чувство кворума, бактерии потеряли бы подвижность, необходимую для проникновения в орган.

Ключевой вопрос: Как бактерии избегают активации пути чувства кворума в агрегатах вне кальмара и инициируют поведение, способствующее колонизации?

Открытый молекулярный механизм

Исследователи обнаружили, что путь агрегации активирует производство малой РНК Qrr1, которая в норме подавляется системой чувства кворума.

• Qrr1 — часть пути чувства кворума, которая подавляет биолюминесценцию и способствует подвижности до достижения кворума.
• Вне кальмара, при агрегации, экспрессия Qrr1 включается, позволяя бактериям оставаться подвижными и не светиться.

Роль транскрипционного фактора SypG

Учёные показали, что экспрессию Qrr1 во время агрегации контролирует транскрипционный фактор SypG:

• SypG активирует гены, вовлечённые в агрегацию, а также способен активировать Qrr1.
• Этот механизм координирует смену поведения: SypG включает Qrr1 для колонизации, а после попадания в световой орган и достижения кворума экспрессия Qrr1 выключается, что позволяет включить биолюминесценцию.

Широкое распространение механизма

Анализ бактериального семейства, к которому принадлежит V. fischeri, показал сходные генетические структуры. Это указывает, что описанный механизм координации сигнальных путей, вероятно, важен для колонизации хозяев многими симбиотическими бактериями.