Новый метод наблюдения за взаимодействием микробных популяций

Микроорганизмы, такие как бактерии и грибы, живут сообществами — микробными консорциумами. Учёные исследуют их, чтобы понять сложные взаимодействия и создавать новые полезные консорциумы. Ранее считалось, что взаимодействие происходит только через выделение химических веществ в среду. Однако появляются свидетельства обменов клеточным материалом en masse (массово), что может менять поведение организмов и создавать новые синтетические возможности.

Исследователи из Университета Делавэра разработали новую методику для наблюдения за такими взаимодействиями в синтетических сообществах. Результаты опубликованы в журнале mSystems.

Новый диагностический инструмент

Учёные заметили, что при совместном выращивании двух видов бактерий клетки сближались полюсами и обменивались материалом из цитоплазмы, что привело к появлению гибридных клеток.

Чтобы проверить, может ли происходить обмен крупными клеточными структурами, исследователи пометили флуоресцентными метками рибосомальную РНК (rRNA) — молекулу, формирующую каркас рибосомы (комплекса, синтезирующего белки). Методика называется rRNA fluorescence in-situ hybridization (rRNA-FISH) и позволяет визуализировать и отслеживать микробы с помощью флуоресцентной микроскопии и проточной цитометрии.

Изучались три вида бактерий рода Clostridium:

• Clostridium acetobutylicum (свой цвет метки)
• Clostridium ljungdahlii (свой цвет метки)
• Clostridium kluyveri (свой цвет метки)

Анализ изображений и данных проточной цитометрии показал наличие клеток с двумя разными цветами. Это означает, что в них присутствует рибосомальный материал от двух разных видов, то есть произошёл обмен крупными молекулярными структурами (рибосомами) между микробами en masse.

Применение для климата

Исследованные бактерии играют роль в борьбе с изменением климата, удаляя CO₂ из атмосферы и превращая отходы в полезные продукты:

• C. acetobutylicum сбраживает углеводы в полезные химические вещества, включая биотопливо (процесс выделяет CO₂).
• C. ljungdahlii поглощает и преобразует CO₂ в органические молекулы.
• C. kluyveri превращает короткоцепочечные спирты и кислоты в длинноцепочечные жирные кислоты для косметики, медицины и материалов.

Таким образом, консорциум может приблизить ферментацию к углеродной нейтральности или даже отрицательности, повышая выход полезного продукта из того же количества сахара и снижая выбросы CO₂.

В будущем исследователи планируют использовать rRNA-FISH как диагностический и синтетический инструмент для оптимизации условий культивирования микробов и производства целевых химических веществ с фиксацией CO₂.