Бактериальные колонии борются за ресурсы с помощью летального белка

Конкурирующие колонии бактерий способны производить летальное химическое вещество, сдерживающее конкурентов. Подавляя рост соседних колоний и даже убивая часть их клеток, группы бактерий сохраняют скудные ресурсы для себя, даже если вторгающаяся колония является близкородственной.

«Это подтверждает идею, что каждая колония — это суперорганизм, многоклеточный организм со своей собственной идентичностью», — отметил Эшель Бен-Яаков, старший научный сотрудник Центра теоретической биологической физики Калифорнийского университета в Сан-Диего и профессор физики Тель-Авивского университета.

В одиночестве на чашке колонии бактерии Paenibacillus dendritiformis образуют ветвящиеся отростки клеток во всех направлениях. Однако при вынужденном делении ограниченных питательных веществ с другой колонией, ветвление обеих колоний становится асимметричным, оставляя между ними свободное пространство.

Причина остановки роста — не нехватка пищи. Исследователи обнаружили в промежутке питательные вещества, а также белок, который отсутствовал в других частях чашки. При нанесении очищенного белка на свежую чашку с P. dendritiformis бактерии формировали асимметричную колонию, избегающую этого места. Клетки на краю колонии, ближайшем к белку, были мертвы.

Белок назвали «фактором летальности для сородичей» за способность убивать даже близкородственные колонии, происходящие от одного исходного штамма, и идентифицировали его ген. Однако ген кодировал белок, который был слишком крупным (на две трети тяжелее летального фактора) и безвредным. Учёные заключили, что должен быть задействован другой фактор.

Вместо экспериментального подбора исследователи создали теоретическую модель. Она предсказала, что следует искать что-то, что будет «обрезать» полноразмерный белок до его меньшей летальной формы по мере начала конкуренции колоний.

P. dendritiformis также секретирует белок субтилизин, который в норме способствует росту, но становится вредным в высоких концентрациях. Оказалось, что коммерчески доступный субтилизин расщепляет крупный белок до размера, найденного между конкурирующими колониями. Этот меньший фрагмент разрезает бактериальные клетки, выпуская их содержимое в среду.