Голодающие дрожжи отравляют соседние микроорганизмы и собственные клоны

Дрожжи — это не простой одноклеточный микроорганизм, а конкурентный убийца. При истощении запасов глюкозы дрожжи выделяют токсин, который отравляет другие микроорганизмы, вторгшиеся в их среду обитания, включая даже собственные клоны. Ранее это ядовитое явление было неизвестно. Оно вносит вклад в понимание поведения одноклеточных микроорганизмов и эволюции от одноклеточных к многоклеточным организмам, а также может иметь полезное применение в пищевой промышленности.

В критической ситуации голода по глюкозе дрожжи выделяют в среду обитания токсины, которые убивают другие микроорганизмы, в то время как сами дрожжи приобретают устойчивость. Исследователи назвали это явление «убийством опоздавшего» (latecomer killing).

Удивительно, что токсины, продуцируемые дрожжами, могут убивать и их неприспособленные клоны. Таким образом, они рискуют уничтожить не только вторгшиеся микроорганизмы, но и собственное потомство. Подобное рискованное, почти суицидальное поведение ранее не было обнаружено у одноклеточных организмов.

Хотя кооперативные формы поведения хорошо известны у многих бактерий и грибов, это исследование — первое яркое свидетельство конкуренции между клональными клетками у одноклеточных организмов.

Эксперимент и результаты

Команда выращивала клональные клетки (происходящие от одной родительской клетки) раздельно в условиях ограничения глюкозы и избытка глюкозы. При объединении клеток их характер роста показал, что дрожжевые клетки, уже адаптировавшиеся к голоданию по глюкозе, способны отравлять «опоздавших» и сохранять пищевые ресурсы для себя.

Эта стратегия наблюдалась у нескольких различных типов дрожжей (изначально взятых из пива, хлеба и вина), что может означать более широкое распространение данного феномена среди этого разнообразного вида.

Значение и перспективы

• Экология и эволюция: Открытие важно для понимания экологии микроорганизмов и причин, по которым одни конкретные микроорганизмы растут при ферментации, а другие — нет. Оно может пролить свет на эволюционные переходы к многоклеточности, для которых требуется не только взаимная активация роста клеток, но и взаимное торможение роста или запрограммированная гибель клональных клеток.
• Практическое применение: Это открытие можно использовать для разработки полезных механизмов контроля роста экономически важных видов дрожжей, например, в пищевой промышленности. Оно также может проложить путь к лучшему контролю типов дрожжей, негативно влияющих на здоровье человека и животных.

Исследование опубликовано в журнале PLOS Biology.