Бактериальная битва: Как одна бактерия меняет внешний вид и уходит, чтобы противостоять другой

Ученые из Texas A&M AgriLife Research, изучая два типа почвенных бактерий, выяснили, как развивается устойчивость к антибиотикам вместе с отдельной стратегией выживания.

Исследование, опубликованное в журнале PLOS Genetics, идентифицирует атипичную антибиотическую молекулу и механизм возникновения устойчивости к ней, включая ответственные за это гены.

Доктор Пол Страйт и его аспирант Рид Стаббендик наблюдали, как вид бактерий меняет свой внешний вид и перемещается от препарата, чтобы избежать гибели.

Лаборатория Страйта в целом сосредоточена на понимании того, как сообщества бактерий взаимодействуют друг с другом и другими микробами.

Экспериментальная модель

Для этого исследования Стаббендик соединил в лаборатории два вида непатогенных почвенных бактерий, Streptomyces и Bacillus subtilis, различными способами. Он отслеживал различия в росте, подвижности и других факторах, когда организмы были вместе, по сравнению с тем, когда они были разделены.

Исследователь заметил, что две бактерии изначально росли как ожидалось в своих колониях, но со временем одна из колоний начинала уничтожать другую. Это вызывало лизис — растворение клеток внутри погибающей колонии.

Открытие атипичной молекулы и механизма устойчивости

Стаббендику удалось идентифицировать молекулу, ответственную за разрушение. Она оказалась «очень странной» и не похожей на известные антибиотики, что предполагает принципиально иной механизм действия.

В области, где клетки были уничтожены, появились «крошечные колонии бактерий», что указывало на их устойчивость к молекуле. Секвенирование геномов этих колоний выявило мутации, вызывающие резистентность.

Все обнаруженные мутации находились в одном и том же гене, который кодирует белок в мембране, функционирующий как сигнальный белок. Мутации постоянно активировали эту сигнальную систему. Поскольку белки мутантов были включены все время, препарат, ранее эффективный, больше не мог убивать бактерии.

Стратегия выживания: изменение формы и движение

Кроме того, исследователи увидели, что популяция B. subtilis, которая обычно погибает от препарата, изменила свой внешний вид. У нее появились морфологические формы и структуры, что указывало на глубокие изменения. Это позволило ей не только быть устойчивой к препарату, вызывающему лизис, но и перемещаться как популяции по поверхности агара в чашке Петри.

Значение открытия

Это показывает, как организмы могут взаимодействовать в конкурентной, динамичной среде, что сильно отличается от типичного представления об антибиотиках. Речь идет не просто о молекуле, которая производится и подавляет рост патогена, а о том, что организмы могут использовать не одну функцию устойчивости, а комбинацию ответов, чтобы избежать конкурентного кризиса.

Это помогает ученым построить более детальную механистическую картину конкурентной динамики между бактериями, что улучшает понимание процессов в почве или кишечнике человека, а также роли микробов в окружающей среде и того, как конкурентные взаимодействия структурируют микробные сообщества.