Созданы бактерии, способные на самопожертвование ради популяции
Учёные создали генетически модифицированные бактерии, способные пожертвовать собой ради блага всей бактериальной популяции. Эти альтруистичные бактерии, описанные в журнале Molecular Systems Biology, демонстрируют условия, при которых запрограммированная гибель клеток становится эволюционным преимуществом для выживания популяции.
«Мы использовали подход синтетической биологии, чтобы явно измерить и проверить адаптивное преимущество запрограммированной гибели клеток у Escherichia coli», — заявил Линчон Ю, старший автор исследования. Система является настраиваемой, что позволяет контролировать степень альтруистической гибели и тестировать её преимущества в разных условиях.
Известно, что запрограммированная гибель клеток может быть связана с реакцией бактерий на стресс, например, нехватку аминокислот. Однако неясно, почему клетки выбирают смерть, не получая немедленной выгоды. Предполагалось, что гибель приносит пользу выжившим, но проверить это напрямую было сложно.
Исследователи внедрили в E. coli генную цепь из двух модулей:
- «Модуль самоубийства»: при активации приводит к разрыву и гибели части клеток под действием антибиотика 6-аминопенициллановой кислоты.
- «Модуль общественного блага»: приводит к выработке модифицированной формы фермента бета-лактамазы.
Защита возникает только когда фермент высвобождается из погибших клеток, расщепляя антибиотик и защищая выживших.
«Наши результаты ясно показывают, что возможны условия, при которых гибель одних бактерий даёт преимущество для всей популяции», — отметил Ю. Оптимальный уровень гибели для популяции проявляется со временем и чётко виден в этой системе.
Учёные также предложили возможное объяснение «эффекта Орла» — неожиданного явления, когда бактерии лучше растут при более высоких концентрациях антибиотика. Результаты заполняют концептуальный пробел в понимании эволюционной динамики запрограммированной гибели бактерий при стрессе и важны для разработки стратегий лечения бактериальных инфекций.