Бактерии совместно вторгаются в ландшафты с антибиотиками

Ученые из Кавлинского института нанонауки Делфтского технического университета обнаружили, что бактерии могут колонизировать среды с летальными дозами антибиотиков, не становясь генетически устойчивыми. Для этого им необходимо действовать вместе в больших группах, так как поодиночке у них нет шансов.

От «рая» к «аду»

Исследователи создали две камеры длиной примерно 8 мм, соединенные узким каналом, через который могут проплывать бактерии. Одна камера — «рай» с постоянным потоком питательных веществ, где бактерии быстро размножаются. Вторая — «ад», содержащая, помимо питательных веществ, высокую дозу летального для этих бактерий антибиотика канамицина.

Оказалось, что бактерии объединяют усилия, чтобы колонизировать смертоносную камеру. Успех возможен только при вторжении чрезвычайно плотных групп бактерий.

Большие группы

Первые группы, пересекающиеся в «адскую» камеру, часто малы (до 100 бактерий) и не выживают. Примерно через восемь часов группы становятся настолько большими и плотными, что успешно колонизируют смертоносную среду. Затем бактерии размножаются в присутствии антибиотика, и популяция в опасной среде достигает размера популяции в «раю».

Колонизация удалась в 4 из 10 экспериментов, в 2 — нет, а в 4 оставшихся случаях бактерии вторглись, но популяция не выжила.

Без устойчивости

Примечательно, что после колонизации бактерии не развили устойчивость к антибиотику. За исключением одного эксперимента, бактерии не стали резистентными. Они смогли коллективно адаптироваться и создать эффективную защиту, действуя сообща.

Это исследование улучшает понимание поведения бактерий в организме человека, где антибиотики образуют градиенты концентрации. Работа показывает, как бактерии справляются с такими градиентами, что может объяснить, почему некоторые инфекции трудно вылечить.

Такая форма колонизации без устойчивости может быть первым шагом, после которого в смертоносной среде через естественный отбор развиваются резистентные бактерии.

Необъясненный механизм

Точный механизм, позволяющий бактериям колонизировать смертоносную среду, остается неясным. Одна из гипотез — они ведут себя подобно римскому боевому построению «черепаха» (Testudo), объединяясь для создания большого щита, который служит эффективным буфером во враждебной среде. В последующих исследованиях ученые надеются раскрыть точный биологический механизм этого поведения.