Новый метод выявляет, как бактерии ощущают окружающую среду

Учёные разработали быстрый метод для обнаружения того, как бактерии воспринимают и реагируют на изменения в окружающей среде.

Бактерии улавливают внешние сигналы, которые передаются внутренним сигнальным путям, управляющим их поведением. Это "наблюдение" также может запускать тактики выживания в различных суровых условиях, например, при нехватке питательных веществ или наличии антибиотиков.

В статье, опубликованной 9 июня в журнале Science Signaling, микробиологи сосредоточились на изучении бактерии Salmonella, вызывающей пищевые отравления. Этот патоген искусно приспосабливается к разным локациям и условиям. Одна из его защитных стратегий — образование биоплёнки: скопления бактерий, сгруппированных вместе в защитной оболочке.

Биоплёнки Salmonella могут устойчиво расти на многих поверхностях и делать патоген устойчивым к мерам инфекционного контроля. Это серьёзная проблема для пищевой промышленности. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC), Salmonella ежегодно вызывает более 1,2 миллиона случаев заболеваний только в США.

Чтобы так легко адаптироваться, бактерии Salmonella typhimurium должны определять, находятся ли они в желудке, внутри клеток или на поверхности растения или другого объекта. Salmonella typhimurium — наиболее изученный бактериальный патоген, однако, как отмечают исследователи, мало что известно о том, что именно он "ощущает" в окружающей среде.

Учёные разработали новый скрининг для идентификации сигналов среды, которые улавливает Salmonella и которые, в свою очередь, модулируют выработку молекулы вторичного мессенджера.

Эта молекула, циклический ди-ГМФ (cyclic-di-GMP), управляет подвижностью бактерий и образованием биоплёнок у многих видов в ответ на условия среды, но до сих пор конкретные сигналы, модулирующие cyclic-di-GMP у Salmonella, были в основном неизвестны.

Исследователи обнаружили, что многие сигналы окружающей среды модулируют уровень cyclic-di-GMP у Salmonella typhimurium и, как следствие, изменяют образование биоплёнки.

Их скрининг был основан на комбинации передовых технологий, включая генетически сконструированный биосенсор для cyclic-di-GMP, используемый совместно с микроскопией или проточной цитометрией.

"Самый интересный сигнал, который мы идентифицировали, — это L-аргинин, одна из двадцати широко используемых аминокислот", — отметили исследователи.

Salmonella typhimurium специфически реагирует на очень низкие концентрации L-аргинина, слишком малые, чтобы быть использованными в качестве источника питания. Учёные полагают, что обнаружение этих низких уровней L-аргинина сообщает бактерии о нахождении в определённом типе среды и побуждает её адаптироваться соответствующим образом.

Будущая работа будет направлена на определение типов сред, где ощущается L-аргинин, а также на изучение поведения бактерий в ответ на него.

Помимо предоставления новой информации о том, как Salmonella typhimurium ощущает химические сигналы, разработанный метод может быть использован для изучения других видов бактерий, чтобы расширить знания о микробном восприятии.

Возможные области применения варьируются от борьбы с антибиотикорезистентными бактериями до предотвращения биологического обрастания в сельском хозяйстве и промышленности.