Исследование раскрывает тайну обширного арсенала бактерий

Новое исследование под руководством Оксфордского университета объяснило, почему некоторые виды бактерий обладают поразительным арсеналом оружия. Результаты, опубликованные в журнале Nature Ecology & Evolution, могут помочь в создании микробов, способных уничтожать смертоносные патогены, снижая зависимость от антибиотиков.

Многие виды бактерий обладают множеством видов оружия для атаки конкурентов. К ним относятся как оружие ближнего действия, требующее прямого контакта с соседними клетками, так и оружие дальнего действия, например, токсины, выделяемые в окружающую среду. До сих пор оставалось загадкой, почему бактерии эволюционировали, чтобы нести такой широкий арсенал.

Исследователи проверили гипотезы на примере оппортунистического патогена Pseudomonas aeruginosa — патогена приоритета 1 по классификации Всемирной организации здравоохранения из-за быстрого появления мультирезистентных штаммов. P. aeruginosa обладает разнообразным оружием, включая способность производить различные токсичные молекулы (оружие дальнего действия) и токсичные нити, закрепленные на внешней мембране (оружие ближнего действия).

Команда провела серию экспериментов, чтобы определить, в каких условиях оружие ближнего или дальнего действия дает большее преимущество. С помощью редактирования генома были созданы штаммы P. aeruginosa, лишенные и чувствительные либо к токсичным нитям, либо к токсинам дальнего действия — тайлоцинам.

Результаты четко показали, что два вида оружия наиболее эффективны в разных условиях:

• Тайлоцины (оружие дальнего действия) становились эффективными только при высокой плотности и численном превосходстве атакующих бактерий над конкурентом.
• Токсичные нити давали конкурентное преимущество в гораздо более широком диапазоне условий, включая ситуации, когда атакующие бактерии изначально присутствовали в малом количестве и должны были конкурировать с большей популяцией чувствительных бактерий.

Когда клетки могли использовать оба вида оружия одновременно, они подавляли чувствительные бактерии значительно лучше, чем штаммы, использовавшие только одно оружие, что демонстрирует их взаимодополняемость.

Теория подтвердилась компьютерной моделью, симулирующей вторжение малого числа атакующих клеток в большую популяцию чувствительных клеток. В модели клетки, использующие оружие ближнего действия, успешно вторгались в сообщество, а клетки с оружием дальнего действия — нет.

Исследователи теперь изучают, как применить эти выводы для создания полезных микроорганизмов, способных вытеснять патогенные штаммы.