Медленно растущие бактерии чувствительнее реагируют на среду

Исследователи под руководством профессора Эрика ван Нимвегена из Биоцентра Базельского университета открыли новый механизм у бактерий, контролирующий их реакцию на преобладающие условия среды. Свою теорию они вывели из простого, но интересного наблюдения: скорость роста бактерий и их чувствительность к сигнальным молекулам, по-видимому, связаны.

Исследовательская группа впоследствии продемонстрировала предложенный теорией механизм на бактериях E. coli. Результаты исследования опубликованы в Science Advances.

Простой и увлекательный механизм

«Мы обнаружили, что чем медленнее растёт клетка, тем чувствительнее она реагирует на сигналы среды, — объясняет первый автор работы доктор Томас Жулу. — Особенно нас поразила простота механизма и то, насколько широко он, предположительно, встречается в биологических системах».

Когда жизнь идёт хорошо и клетки быстро растут, они игнорируют «шум» окружающей среды. Когда же дела идут плохо, они «слушают» очень внимательно, исследуя среду и вырабатывая новые стратегии выживания.

Лежащая в основе теория гласит, что скорость роста клетки задаёт скорость, с которой внутри неё разбавляются сигнальные молекулы, включая участвующие в регуляции генов. В быстро растущих клетках сигнальные молекулы из-за этого разбавления исчезают быстрее, так что внешние стимулы ослабляются и клетка воспринимает их менее сильно. В медленно растущих клетках, напротив, сигнальные молекулы сохраняются дольше и могут легче накапливаться, делая клетки более чувствительными к условиям среды.

Эксперимент с E. coli подтверждает теорию

Исследовательской группе удалось не только теоретически вывести существование этого эффекта, но и экспериментально продемонстрировать его на бактериях E. coli. Они использовали современные методы, такие как микрофлюидика в сочетании с покадровой микроскопией для анализа отдельных клеток, но некоторые результаты были получены и с помощью классических экспериментов, возможных даже на заре молекулярной биологии.

«Лично для меня это исследование подчёркивает, что даже простые биологические принципы, которые задним числом кажутся очевидными, иногда обнаруживаются лишь благодаря тщательному теоретическому анализу», — заявляет Нимвеген. Вновь обнаруженная связь между ростом клетки и обработкой сигналов также даёт новое понимание логики клеточных процессов принятия решений и имеет широкие последствия для понимания поведения бактерий, включая устойчивость к антибиотикам.