Хищные бактерии используют коллективную тактику охоты
Почвенная бактерия Myxococcus xanthus, один из самых маленьких хищников в мире, использует простую формулу для охоты: двигаться вперёд, «дать пять» соседу, развернуться и повторить. Новое исследование учёных из Университета Райса и Медицинской школы Научного центра здоровья Университета Техаса в Хьюстоне (UTHealth) показывает, как M. xanthus применяет эту тактику для распространения, окружения и пожирания других бактерий.
Исследование, представленное на обложке онлайн-выпуска журнала PLOS Computational Biology, объясняет, как простые движения отдельных бактерий усиливаются внутри колоний M. xanthus, образуя волны из миллионов особей, движущихся наружу синхронно. Результаты отвечают на давние вопросы о формировании этих волн и конкурентном преимуществе, которое они дают.
Ключевой механизм:
- Клетки на краю колонии, двигаясь наружу, редко встречают других M. xanthus и продолжают движение.
- Двигаясь обратно к колонии, они с высокой вероятностью сталкиваются с сородичами.
- При боковом контакте две клетки обмениваются сигналом, заставляющим одну из них развернуться.
- Чистый эффект: клетки проводят больше времени в движении наружу, чем внутрь, что ускоряет распространение колонии.
Математическая модель:
Вычислительные биологи создали агент-ориентированную модель, которая показала, что для генерации волн достаточно трёх условий:
- Сигнал реверса при боковом контакте двух сближающихся клеток.
- Временной интервал после каждого разворота, в течение которого клетки не могут развернуться снова.
- Физические взаимодействия, заставляющие клетки выравниваться.
Эксперименты с использованием микроскопии с временны́ми промежутками подтвердили предсказанные моделью взаимосвязи между длиной волны, временем реверса и скоростью клеток.
Двойная выгода:
Это поведение не только позволяет волнам быстро распространяться и покрывать новую добычу, но и удерживает клетки M. xanthus на участке с пищей, не давая им уплыть, пока она не будет полностью поглощена.
Остающиеся загадки и перспективы:
Точные биохимические сигналы, которые клетки используют для обнаружения добычи и подачи команды на разворот, остаются неизвестными. Однако исследование сужает поле поиска, показывая, что для этого поведения необходим физический контакт между клетками. Открытие этого механизма может быть полезно для синтетических биологов, программирующих контакт-индуцированные функции в синтетических организмах.