Вредоносные бактерии могут уклоняться от хищников в смешанных колониях

Использование естественных хищников для борьбы с болезнетворными бактериями может быть неэффективным, когда в одной среде обитает несколько видов. К такому выводу пришли исследователи из Дартмутского колледжа.

Согласно исследованию, опубликованному в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), в смешанных колониях некоторые вредоносные бактерии могут выдерживать атаки нацеленных на них бактерий и вирусов, находя защиту внутри групп видов-конкурентов.

Исследователи обнаружили, что кишечная бактерия Escherichia coli оказывалась окружена плотными колониями Vibrio cholerae (возбудителя холеры), когда виды выращивали вместе. Эти скопления защищали E. coli от хищной бактерии Bdellovibrio bacteriovorus, которая поедает оба вида по отдельности. Однако в эксперименте она могла убить только внешний слой V. cholerae. Это оставляло нетронутые клетки E. coli и V. cholerae, изолированные внутри колоний, свободными для размножения.

Как заявил ведущий автор работы Кэри Наделл, доцент кафедры биологических наук Дартмутского колледжа, результаты добавляют новый уровень сложности в разработку биологических антимикробных средств. В этом подходе для борьбы с инфекциями используются убивающие бактерии бактерии или вирусы (бактериофаги). Эти организмы могут быть эффективнее антибиотиков в проникновении в бактериальные колонии (биоплёнки) и рассматриваются как возможное дополнение или альтернатива антибиотикам, к которым у бактерий по всему миру растёт устойчивость из-за чрезмерного использования лекарств.

Однако, как отметил Наделл, большинство исследований хищных бактерий и фагов сосредоточено на жидких культурах или моновидовых биоплёнках. Работа Дартмутского колледжа показывает, что взаимодействия между несколькими видами бактерий — более распространённые в реальной жизни — трудно предсказать, изучая виды по отдельности. В связанном исследовании, опубликованном в журнале PLoS Biology в декабре, Наделл и его соавторы Бенджамин Вухер и Джеймс Уайнанс, аспиранты по биологическим наукам в Дартмуте, обнаружили, что E. coli также может избегать бактериофага T7, будучи внедрённой в группы V. cholerae.

«Некоторые элементы наших экспериментов ближе к реальной жизни — многие инфекции вызываются бактериями, живущими с другими бактериями в биоплёнке. Они как лес — это маленькие экосистемы», — сказал Наделл.

«Для E. coli совместный рост с V. cholerae был выгоднее, чем одиночный, но для V. cholerae ситуация ухудшалась. Увлекательно, что совместная жизнь оказывала противоположное влияние на шансы на выживание каждого вида», — добавил он. — «Наше исследование показывает, что способность популяций жертв сопротивляться хищникам или нет может сильно различаться в условиях множества видов. Эффективность бактериофагов и хищных бактерий в уничтожении вредоносных бактерий может зависеть от других видов, с которыми живёт их жертва, и от структур биоплёнок, которые они образуют по отдельности и вместе».

В исследовании для PNAS защита, предоставленная E. coli, зависела от того, насколько близко друг к другу находились две бактерии в начале роста. При низкой плотности посева у V. cholerae было достаточно места, чтобы сформировать плотно упакованные колонии, которые заключали в себе E. coli (растущую не так плотно).

Но когда оба вида начинали рост близко друг к другу, E. coli мешала V. cholerae производить свою обычную групповую структуру. Это нарушение делало оба вида более уязвимыми для уничтожения B. bacteriovorus.

«Когда мы помещали эти виды вместе, мы наблюдали свойства биоплёнок, которые нельзя было предсказать, изучая каждый вид в отдельности, и которые имеют прямое значение для использования фагов и хищных бактерий», — сказал Наделл. — «Наша работа подчёркивает важность изучения других примеров структур мультивидовых биоплёнок. Мы уверены, что наблюдаемый нами эффект будет применим и к другим случаям, но вопрос в том, когда и в какой степени».