Бактериальная засада в чашке Петри

Бактерии Pseudomonas protegens (размером около 2 мкм) окружают и атакуют зелёные водоросли Chlamydomonas reinhardtii (размером около 10 мкм), которые в 5 раз крупнее. Атака токсичным коктейлем приводит к потере жгутиков водорослями уже через 90 секунд, обездвиживая и деформируя их, что останавливает их размножение.

Химический механизм атаки

Ключевую роль играет вещество орфамид А (orfamide A) — циклический липопептид, выделяемый бактериями. Исследования групп под руководством профессора Марии Миттаг, доктора Северина Сассо (Университет Фридриха Шиллера в Йене, FSU) и профессора Кристиана Хертвека (Институт Лейбница по исследованию природных продуктов и инфекционной биологии имени Ханса Кнёля, HKI) показали, опубликованные в Nature Communications:

• Орфамид А воздействует на каналы в клеточной мембране водорослей, вызывая их открытие.
• Это приводит к притоку ионов кальция (Ca²⁺) из окружающей среды внутрь клетки.
• Быстрое изменение концентрации кальция служит сигналом тревоги, который в данном случае вызывает потерю жгутиков.

Для визуализации изменения уровня кальция исследователи ввели в водоросли ген фото-белка, вызывающего биолюминесценцию при повышении концентрации Ca²⁺.

Изучение «химического языка»

Помимо этого, учёные выяснили, что бактерии могут использовать водоросли как источник питательных веществ при их нехватке. Есть свидетельства, что в этом процессе участвуют и другие вещества из бактериального «токсичного коктейля».

Исследования проводятся в рамках Коллаборативного исследовательского центра «ChemBioSys», который изучает «химический язык» между микроорганизмами и их средой. Цель — понять фундаментальные механизмы регуляции в сложных биосистемах, которые влияют на всю жизнь на Земле.

Значение микроскопического мира

Микроскопические водоросли, такие как Chlamydomonas reinhardtii, имеют огромное значение:

• На их долю приходится около 50% связывания парникового газа CO₂.
• Они производят кислород в процессе фотосинтеза.
• Они являются основой пищевых цепей, особенно в водных системах (фитопланктон → зоопланктон → ракообразные → рыбы).

«Учитывая огромное значение микроводорослей для жизни человека, мы до сих пор удивительно мало знаем об основах и взаимодействиях в их микроскопическом мире», — отмечает профессор Мария Миттаг.