Исследование показывает: динамикой микробных сообществ управляют короткодистанционные взаимодействия
Микробные сообщества играют незаменимую роль на нашей планете, но о принципах их функционирования известно удивительно мало. Учёные из Швейцарского федерального института водных наук и технологий (Eawag) и ETH Zurich пролили свет на этот вопрос.
Микроорганизмы ответственны за производство кислорода, пищеварение у людей и животных, а также за материальные циклы на Земле. В водных системах функции микробных сообществ часто являются результатом взаимодействий между организмами внутри них. Например, известно, что микроорганизмы обмениваются продуктами метаболизма или сигнальными молекулами: некоторые бактерии производят определённые аминокислоты, которые другие производить не могут.
Эти важные для роста вещества обмениваются путём диффузии, которая возможна лишь на определённом расстоянии между отдельными бактериями. До сих пор размер этого диапазона взаимодействия был неизвестен. Исследователям из Eawag и ETH Zurich удалось измерить эти взаимодействия. Свою работу они представили в журнале Nature Ecology & Evolution.
Взаимодействие только на очень коротких расстояниях
Исследователи разработали установку, в которой клетки двух штаммов бактерий выращиваются в контролируемых условиях, а их рост наблюдается под микроскопом. Измерения показали, что клетки, расположенные непосредственно рядом с клетками другого штамма бактерий, растут быстрее. Это происходит потому, что определённые аминокислоты, стимулирующие рост, производятся только одним штаммом бактерий и затем передаются соседним клеткам путём диффузии.
Однако это взаимодействие функционирует только на расстоянии в несколько тысячных долей миллиметра. Уже на расстоянии двух длин клетки это взаимодействие почти полностью прекращается. «Таким образом, микробиом не всегда способен осуществлять метаболические процессы, поскольку его активность основана почти исключительно на взаимодействиях между отдельными соседними бактериальными клетками», — заявил Мартин Аккерманн, профессор Института биогеохимии и динамики загрязняющих веществ ETH Zurich.
Чтобы легче понять эти взаимодействия и их влияние на свойства микробных сообществ, исследователи разработали математическую модель, которая предсказывает темпы роста на основе присутствующих аминокислот. Практически все микробные сообщества можно изучать таким образом: исследователи теперь применяют этот метод для изучения микроорганизмов, участвующих в углеродном цикле в водных средах обитания.