Биоплёнки оказались ещё устойчивее, чем предполагалось

Биоплёнки — бактериальные «города», прикреплённые к поверхности — встречаются повсюду: в зубном налёте, слуховых проходах, на контактных линзах и в водопроводных трубах. Новое исследование, опубликованное в FEMS Microbiology Letters, показывает, что бактерии в биоплёнках становятся более устойчивыми с возрастом самой плёнки.

Поскольку бактерии в биоплёнках устойчивы к антибиотикам, это исследование может иметь долгосрочные последствия для разработки более эффективных лекарств и менее подверженных инфекциям медицинских устройств.

Авторы работы, Стивен Финкель и Элисон Крайгсли из Колледжа Университета Южной Калифорнии (USC College), обнаружили признаки естественного отбора в биоплёнке, состоящей из одного вида бактерий. Финкель — доцент молекулярной биологии, а Крайгсли — аспирант в его группе.

«Бактерии, которые изначально сформировали биоплёнку, — не те же самые, что мы извлекаем из той же плёнки позже, — сказал Финкель. — Мутанты, которых мы находим, более приспособлены, чем исходный штамм-основатель».

Ранее, в 2007 году, работа Хансена и соавторов в журнале Science показала признаки естественного отбора в бактериальных биоплёнках, но только в ответ на конкуренцию между видами. Новое исследование прямо демонстрирует, что бактерии в биоплёнках могут эволюционировать в результате голодания или других внешних воздействий.

«Мы впервые показываем, что один вид бактерий, образующих биоплёнку, может эволюционировать в ответ на изменение условий окружающей среды», — написали авторы.

Эксперимент и результаты

Финкель и Крайгсли инкубировали биоплёнки бактерий E. coli до 33 дней, что потенциально составляет сотни поколений роста. Затем они извлекли бактерии из старых биоплёнок и столкнули их с бактериями из очень молодых биоплёнок, чтобы увидеть, какая группа станет доминирующей за счёт количества потомства.

«Мы ни разу не наблюдали, чтобы клетки, взятые из однодневной биоплёнки, превзошли в конкуренции более старые клетки на каком-либо временном отрезке», — заявили авторы.

Чтобы исключить возможность, что преимущество старых популяций связано просто с привыканием к среде биоплёнки, а не с генетическими различиями, исследователи поместили клетки в нейтральную культуру на 20 поколений перед началом соревнования. Клетки из старых биоплёнок по-прежнему обгоняли в росте своих конкурентов, что указывает на генетическую природу их преимущества.

Связь с более ранними работами

Этот эксперимент с биоплёнкой — вариация наиболее известной работы группы Финкеля: изучения того, как голодание микробов в замкнутой среде приводит к появлению доминирующего типа клеток, известного как мутанты GASP (Growth Advantage in Stationary Phase — преимущество роста в стационарной фазе).

«GASP-мутанты», как их называет Финкель, побеждают в конкуренции бактерии из более молодых культур. Ключевой фактор — не возраст отдельных микробов, а возраст культуры, из которой они происходят: молодое потомство GASP-мутантов проявляет такую же доминантность, как и их родители.