Зависимость может быть эволюционным преимуществом
Исследование показало, что потеря способности самостоятельно производить питательные вещества может давать бактериям эволюционное преимущество.
Эксперимент с E. coli
Учёные во главе с Кристианом Костом культивировали кишечную бактерию Escherichia coli в течение многих поколений в оптимальных питательных условиях. Регулярно перенося культуру в свежий раствор и анализируя образцы, они обнаружили, что часть изначально автономных бактерий утратила способность производить метаболиты, например, аминокислоты, и стала зависимой от среды, обогащённой этими питательными веществами.
Удивительно, но аналогичный результат наблюдался даже без добавления питательных веществ в среду. Бактерии разделились на две группы: одна осталась независимой, а другая стала зависеть от автономных бактерий, которые продолжали сами производить питательные вещества.
Эволюционный механизм
До сих пор было неясно, почему организмы отказываются от автономии. Данное исследование демонстрирует, что потеря способностей может быть эволюционно выгодной и двигать адаптацию. Это явление наблюдается не только у бактерий, но и у других организмов (например, у животных, включая человека, которые не могут синтезировать витамины).
Неожиданные генетические изменения
Анализ генома зависимых бактерий выявил мутации не только в генах, непосредственно участвующих в биосинтезе аминокислот, но и в генах-регуляторах, контролирующих активацию или ингибирование метаболических процессов. Это указывает на разные пути адаптации популяции.
В данном эксперименте зависимость развивалась в одном направлении, но учёные полагают, что более длительный период мог бы привести к взаимным и более сложным зависимостям.
Практическое значение
- Фундаментальная наука: Результаты могут объяснить, почему большинство бактерий не культивируются в лабораторных условиях — они быстро эволюционируют, становясь метаболически зависимыми от своей естественной среды. Решить эту проблему могут метагеномные анализы.
- Прикладные аспекты: Понимание метаболического сотрудничества (обмена метаболитами) в бактериальных сообществах становится решающим фактором для их применения в сельском хозяйстве или здравоохранении — например, для стимуляции роста или защиты от патогенов.
Дальнейшие исследования планируют изучить, как размер бактериальных популяций влияет на развитие зависимостей и изменения в геномах.