Как микробы выбирают образ жизни: ключ к происхождению многоклеточности

Бактерия Bacillus subtilis может вести два образа жизни: свободно плавать в поисках пищи или образовывать цепочки и биоплёнки, прикрепляясь к поверхностям. Учёные из Гарвардской медицинской школы выяснили, как клетки принимают решение о смене состояния.

Ключевые открытия:

• Переход к подвижности случаен. Решение свободноплавающей клетки стать «оседлой» происходит случайно, но с сильным уклоном в пользу сохранения подвижного состояния.
• «Внутренние часы» в цепочках. Как только клетки образуют прикреплённую цепочку, у них включается общий внутренний таймер. Они остаются в этом состоянии почти ровно восемь поколений, после чего синхронно возвращаются к подвижному образу жизни.
• Пробный период кооперации. Этот синхронизированный таймер создаёт «испытательный срок» для многоклеточного роста, заставляя потомков работать вместе достаточно долго, чтобы получить пользу от кооперации.

Метод исследования:

Учёные использовали микрофлюидику, создав тысячи микроскопических каналов (шириной ~1.6 мкм), где можно было наблюдать за сотнями тысяч поколений бактерий. Клетки были генетически модифицированы: подвижные светились зелёным, а «оседлые» — красным. Поток питательной среды был постоянным, исключая влияние внешних химических сигналов.

Значение:

Это исследование, опубликованное в Nature, показывает, как случайные флуктуации в экспрессии генов и простой внутренний таймер могут лежать в основе организации индивидуальных клеток в кооперативное сообщество. Это важный шаг к пониманию первых этапов эволюции многоклеточной жизни.