Как бактерии избегают самообмана при коллективном общении

Учёные из Университета штата Орегон обнаружили белки, которые не позволяют бактериальной клетке реагировать на собственные сигналы. Вместо этого она ожидает коллективной коммуникации от всей группы.

Это исследование важно, потому что понимание такого типа сигналинга, известного как чувство кворума и критичного для бактериальных патогенов, открывает путь к новым лекарствам, способным нарушить этот процесс и предотвратить инфекцию.

Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Мартин Шустер и аспирант Паркер Смит изучают чувство кворума у патогена Pseudomonas aeruginosa — грамотрицательной бактерии, демонстрирующей различные социальные формы поведения. P. aeruginosa, частая причина инфекций лёгких и ран у пациентов больниц и людей с ослабленным иммунитетом, является модельным организмом для таких исследований.

"Иногда одноклеточным организмам необходимо действовать сообща. Бактерии могут координировать поведение через чувство кворума, при котором клетки производят и считывают небольшой химический сигнал, распространяемый в популяции".

Когда концентрация сигнала в окружающей среде достигает достаточного уровня, достигается кворум — активируются определённые гены и запускаются групповые формы поведения. Это синергетический подход, позволяющий бактериям делать то, что они не могут поодиночке, например, вызывать инфекцию.

Ключевой нерешённый вопрос: почему сигнал, произведённый внутри отдельной клетки, не активирует её преждевременно, до того как будет передан группе ("короткое замыкание" сигнала).

Исследователи выяснили, что набор белков, называемых антиактиваторами, критически важен для предотвращения такого "короткого замыкания". Эти белки работают как "настройщик" чувства кворума, делая клетки менее чувствительными к сигналу.

Учёные создали бактериальные штаммы, лишённые двух разных типов белков-антиактиваторов, и наблюдали за поведением отдельных клеток.

"Мы обнаружили, что без антиактиваторов часть клеток в популяции P. aeruginosa занималась 'самообщением'. В этих клетках 'короткое замыкание' сигнала активировало поведение, зависимое от чувства кворума, постоянно, независимо от плотности клеток и без коммуникации с другими. Наше исследование показывает, как бактерии 'ставят тормоза' на чувство кворума, чтобы достичь истинной коммуникации в группе".

Эти результаты не только помогают в поиске новых антибиотиков, подавляющих чувство кворума у патогенов, но и полезны для синтетической биологии — области, занимающейся созданием клеток с новыми свойствами.