Ученые нашли «переключатель», позволяющий микробам распознавать сородичей
Ученые из Университета Вайоминга описали, как одноклеточные микробы распознают своих сородичей. Их работа опубликована на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Молекулярный биолог Дэниел Уолл и аспирант Пэнбо Цао раскрыли часть загадки о том, как бактерии распознают членов своей семьи, что помогает им объединяться для защиты и даже становиться настоящими многоклеточными организмами для выживания.
В статье «Самосознание, перепрограммируемое одним остатком в клеточном поверхностном рецепторе социальной бактерии» описывается, как один-единственный аминокислотный переключатель, который они нашли, управляет тем, как почвенная бактерия Myxococcus xanthus распознает своих сородичей.
Социальное поведение микробов: Многие микробы ведут социальную жизнь. «Если они хотят процветать, им нужно собраться вместе, распознать друг друга и объединиться в многоклеточные структуры, чтобы сформировать нечто, выходящее за пределы возможностей отдельной особи», — говорит Цао.
Роль рецептора TraA: Ранее Уолл и коллеги обнаружили, что клеточный рецептор TraA облегчает распознавание среди клеток M. xanthus и позволяет им объединяться и обмениваться белками и другими компонентами в процессе обмена внешними мембранами.
- Разные штаммы имеют разные последовательности TraA.
- Эти рецепторы гарантируют, что обмен клеточными ресурсами происходит только с близкими родственниками, имеющими идентичные или очень похожие рецепторы TraA.
Эксперимент с перепрограммированием: Ученые задались вопросом, как один рецептор может создавать такое разнообразие в распознавании. Они создали химерные рецепторы, объединив части разных TraA.
- Они взяли два рецептора, очень похожих по последовательности (различались всего 11 аминокислотами), но не распознающих друг друга.
- В результате экспериментов выяснилось, что одна аминокислота внутри рецептора играет ключевую роль в распознавании.
- «Это был удивительный результат — изменение одной аминокислоты оказало такое драматическое влияние на специфичность», — говорит Уолл.
- Изменив этот остаток, они даже сконструировали рецептор TraA с уникальной специфичностью, который распознавал только сам себя.
Эволюционное значение: Ученые предполагают, что пластичность TraA позволила ему эволюционировать и создавать социальные барьеры между популяциями миксобактерий. Это помогает избежать фатальных взаимодействий с эксплуататорскими родственниками.
- Во время обмена внешними мембранами передаются сотни различных белков, включая токсины.
- Если соседняя клетка не является истинным клоном, у нее не будет антидота, и она погибнет. Такие неблагоприятные взаимодействия могут стимулировать и поддерживать диверсификацию последовательностей TraA в природе.
Практическое применение: Хищническая природа M. xanthus вызывает интерес в сельском хозяйстве.
- «Они убивают и поедают других бактерий. Так они живут, питаясь своими микробными соседями», — объясняет Уолл.
- Ученые хотят использовать это хищническое поведение для биоконтроля. M. xanthus не вредит растениям, но может убивать патогены сельскохозяйственных культур, что делает его перспективным организмом для естественной защиты растений от болезней.