Бактерии в условиях голодания могут жить тысячи лет

Исследование микробных популяций в условиях длительного голодания, проведённое профессором Университета Индианы Джейем Т. Ленноном и его лабораторией, помогает понять природу хронических инфекций, роль бактерий в окружающей среде и саму устойчивость жизни.

В статье, опубликованной 12 августа в Proceedings of the National Academy of Sciences, Леннон и его коллеги изучили около 100 популяций различных бактерий в закрытых системах без доступа к внешнему питанию в течение 1000 дней. Команда отслеживала, как долго они выживают, и почти все популяции сохранились.

"Более широкий вопрос о том, как бактерии выживают в течение длительных периодов ограничения энергии, важен для понимания хронических инфекций у людей и других хозяев и связан с тем, как некоторые патогены переносят такие препараты, как антибиотики", — сказал Леннон.

Многие бактериальные инфекции трудно поддаются лечению, отчасти потому, что лекарства часто предназначены для воздействия на клеточный механизм метаболически активных клеток. Бактерии с ограниченным доступом к энергии часто впадают в состояние покоя (дремлющее состояние), что делает их менее чувствительными к лекарствам. Патогены не только могут сохраняться в таких условиях, но и популяции могут эволюционировать, развивая устойчивость к антибиотикам.

Микробы также играют важную роль в окружающей среде. Бактерии в исследовании были взяты из сельскохозяйственных почв. В таких средах микробы образуют симбиотические отношения с растениями и осуществляют процессы, необходимые для функционирования экосистем: секвестрацию углерода, круговорот питательных веществ и выбросы парниковых газов.

Одним из объяснений, подтверждаемых исследованием, является то, что микробы хорошо приспособлены к условиям «пир или голод», когда ресурсы могут быть в дефиците в течение длительного времени. Это может объяснить, как сложные микробные сообщества сохраняются с течением времени.

В исследовании оценивается, что энерголимитированные бактерии могут иметь продолжительность жизни, сопоставимую, а в некоторых случаях и превышающую, продолжительность жизни растений и животных. С помощью анализа выживаемости было оценено, что некоторые популяции имеют время до вымирания до 100 000 лет.

"Очевидно, эти прогнозы выходят далеко за рамки того, что можно измерить, — сказал Леннон, — но цифры соответствуют возрасту жизнеспособных бактерий, которые были извлечены из древних материалов, таких как янтарь, кристаллы галита, вечная мерзлота и отложения на дне самых глубоких океанов".

Выживание микробов в таких условиях, вероятно, связано с состоянием покоя и другими механизмами сохранения энергии. Например, было обнаружено, что выживание клеток в закрытой системе поддерживалось за счёт способности бактерий «пожирать» своих мёртвых сородичей.

В этих скудных условиях команда также выявила признаки положительного отбора, что указывает на скрытый рост, позволивший новым мутациям увеличивать частоту. Это наблюдение предполагает, что переработка мёртвых клеток может способствовать адаптивной эволюции. Такие выводы важны для понимания ограничений фундаментальных биологических процессов, учитывая, что огромные площади планеты ограничены в энергии.