Бактерии в условиях голода могут выбрасывать свои хвосты, чтобы сэкономить энергию и выжить

Когда уровень питательных веществ опасно низок, некоторые бактерии принимают радикальную меру — избавляются от своих хвостов.

Некоторые бактерии используют хвосты, или жгутики, для плавания в жидкостях, включая жидкости нашего организма. Однако новое исследование, опубликованное в PLOS Biology, показывает удивительно радикальную меру, к которой прибегают некоторые бактерии при нехватке питательных веществ: они выбрасывают свои жгутики, оставаясь обездвиженными, но экономя энергию, чтобы остаться в живых.

Исследовательская группа под руководством Имперского колледжа Лондона в сотрудничестве с учёными из Института Фрэнсиса Крика, Лейденского университета и Университета Юстуса Либиха в Гиссене заявляет, что такое любопытное поведение у бактерий наблюдается впервые.

Это случайное открытие было сделано, когда команда собирала детальные изображения «моторов», приводящих в движение жгутики у группы бактерий, включающей различные патогенные виды, в том числе Vibrio cholerae, вызывающую холеру.

Они увидели случаи, когда часть «корпуса» мотора присутствовала в мембране бактерии, но сам мотор или жгутик отсутствовали. Это предполагало две возможности: либо они запечатлели момент сборки комплекса мотор-жгутик, либо момент его разборки.

Первый автор работы Джози Феррейра из Департамента наук о жизни Имперского колледжа сказала: «До начала экспериментов мы думали, что застали бактерии в процессе сборки их моторно-жгутиковых комплексов. К нашему удивлению, мы обнаружили обратное: бактерии не только выбросили свои жгутики, но и «заткнули» оставшуюся дыру. Это навело нас на мысль, что это было преднамеренное действие».

Бактерии используют жгутики для передвижения, даже плавая через густую кишечную слизь, как в случае с бактерией пищевого отравления Campylobacter jejuni. Однако жгутики требуют больших затрат на построение и обеспечение энергией, и они постоянно растут на протяжении жизни бактерии, расходуя много ресурсов.

Команда обнаружила, что бактерии, помещённые в среду с недостатком питательных веществ, выбрасывали свои жгутики в питательную среду. Выброшенные жгутики были целыми, включая адаптерную структуру, соединяющую жгутик с мотором, что говорит о том, что они были выброшены целиком от основания, а не отломаны.

Ведущий автор исследования доктор Морган Биби из Департамента наук о жизни Имперского колледжа сказал: «Действия бактерий кажутся преднамеренными. Это не похоже на то, как наши пальцы рук или ног отваливаются от обморожения — это больше похоже на просчитанный акт, как когда альпинист Арон Ралстон в фильме «127 часов» отрезал себе руку, чтобы освободиться из-под камня».

Замедление плавания бактерий при нехватке питательных веществ наблюдалось и раньше, но впервые они были замечены за полным сбрасыванием жгутиков в попытке сэкономить энергию.

Команда считает, что определение механизма, который используют патогенные бактерии для выбрасывания жгутиков, может указать на новые мишени для лекарств, которые заставят их «нажать на кнопку извлечения».

Доктор Биби также отмечает, что хотя у бактерий и развился чёткий механизм для выбрасывания жгутиков и заделывания пробоины, этот процесс показывает, насколько иррациональной и неаккуратной может быть эволюция. Он сказал: «Эволюция не аккуратна и не опрятна: оставление моторной структуры в мембране — это своего рода «бактериальный хлам», на который бактерии просто «закрывают дверь». Хотя это и неэлегантное решение, их молекулярный хлам им не вредит».