Исследователи обнаружили «оптимизм» у бактерий E. coli
Междисциплинарная команда учёных из Принстонского университета изучила, как бактерия E. coli реагирует на лишение трёх ключевых питательных веществ: углерода, азота и фосфора.
Оказалось, что у бактерий разные стратегии для каждого типа ограничения. Самое удивительное: при нехватке углерода E. coli начинает наращивать инфраструктуру для производства белков, готовясь к моменту, когда углерод снова будет в изобилии.
«У E. coli есть этот важный оптимизм — она ожидает, что в будущем у неё будет доступ к большему количеству углерода», — говорит Земер Гитай, профессор биологии и старший автор статьи в Nature Microbiology.
Клетку можно сравнить с фабрикой игрушек, где сборочные линии (рибосомы) производят игрушки (белки). Углерод и азот — ключевые компоненты «игрушек», а фосфор жизненно важен для «сборочных линий».
Новое понимание работы рибосом
Ранее считалось, что каждая рибосома в E. coli оптимизирована и работает на пике эффективности. Новое исследование меняет эту точку зрения.
- При ограничении углерода: клетки растут медленно, но производят всё больше «простаивающих» рибосом. Около половины сборочных линий не работают.
- При ограничении азота: клетки производят «игрушки» медленнее.
- При ограничении фосфора: клетки используют вдвое меньше рибосом для производства того же количества белков.
Это показывает, что в обычных условиях (при лимите углерода или азота) рибосомы работают не на максимальной скорости.
Стратегия «оптимизма» и её преимущества
Бактерии живут в условиях «пир или голод», например, в кишечнике. Накопление избыточных рибосом во время «голода» позволяет мгновенно ускорить производство белков, когда появляются новые питательные вещества (например, с пищей).
«Может быть, цель бактерий — не максимизировать текущий рост. Они могут готовиться к лучшим временам — смотреть вперёд», — говорит первый автор исследования, аспирантка Хсин-Юн (София) Ли.
Значение исследования
- Пересмотр модели: опровергнута старая модель об «оптимизированной» рибосоме, работающей всегда на пределе.
- Эволюционная стратегия: бактерии, возможно, эволюционировали не только для выживания в текущих условиях, но и для жизни в меняющемся мире.
- Биотехнологии: понимание того, как клетки распределяют ресурсы, может быть полезно для биотехнологического производства.
- Новые вопросы: используют ли эту стратегию другие виды бактерий? Существуют ли в сообществе «оптимисты» и «пессимисты»?
«Даже E. coli, пожалуй, самый изученный организм, всё ещё может преподносить нам новые сюрпризы и интересную биологию для изучения», — отмечает София Ли.