Разнообразие стратегий роста микробов в мире с ограниченными питательными веществами
Учёные из Нью-Йоркского университета разработали сложный метод для отслеживания роста клеток при очень низких концентрациях питательных веществ. В качестве модельного организма использовали дрожжи Saccharomyces cerevisiae.
Новый высокопроизводительный метод
- Анализ использует микроскопию в режиме покадровой съёмки для наблюдения за отдельными клетками дрожжей, которые делятся небольшое число раз, образуя микроколонии.
- Метод позволяет измерить время задержки (лаг) и скорость роста до 80 000 отдельных микроколоний за один 24-часовой эксперимент.
- Это открывает новые возможности для изучения сложного взаимодействия между ростом клеток, делением и метаболизмом в экологически релевантных условиях, которые ранее было трудно воспроизвести в лаборатории.
Результаты исследования
Учёные изучали скорость роста и время задержки у лабораторных и диких штаммов дрожжей, варьируя количество их основного источника углерода — глюкозы.
- Подтвердилось предсказание, сделанное более 60 лет назад лауреатом Нобелевской премии Жаком Моно, об изменении скорости роста микробов при ограничении питательных веществ (уравнение Моно).
- Обнаружены значительные различия между штаммами как в среднем времени задержки (времени перехода от покоя к возобновлению роста), так и в средней скорости роста в ответ на разные условия среды.
Метаболическая неоднородность
Мощный метод также выявил метаболические различия между клетками одного и того же штамма в одинаковой среде. Более того, штаммы дрожжей различались по степени вариабельности скорости роста.
Наоми Зив, ведущий автор исследования: «Гетерогенность среди генетически идентичных клеток в одной и той же среде — тема, вызывающая растущий интерес в биологии и медицине. Разная степень вариабельности, которую мы видим у штаммов, предполагает, что степень негенетической гетерогенности сама по себе генетически детерминирована».
Значение исследования
Дальнейшие исследования могут проложить путь к более полному пониманию генетики и метаболомики роста клеток дрожжей и лежащих в его основе механизмов, актуальных для других ситуаций, когда клетки сталкиваются со сложными условиями, например, при прогрессировании рака и эволюции лекарственной устойчивости.