Если у вас есть много гамбургеров и пива под рукой, а ваш собственный желудок сыт, незваный гость на шашлыках по соседству не доставит вам особых хлопот.
Но если вы проголодались, а запасы еды и напитков заканчиваются, когда появляется бездельник, это совсем другая история.
Новые исследования Университета штата Орегон показывают, что бактерии знают, что вы чувствуете.
Микробы, которые производят важные секреты для использования в сообществе, терпят удар по своей собственной пригодности для снабжения непродуцирующих бактерий-«мошенников» - но только тогда, когда для производства требуются те же питательные вещества, которые в противном случае пошли бы на рост и биомассу.
Выводы были опубликованы сегодня в Nature Communications.
Бактерии являются важными организмами для исследований в области эволюционной биологии, потому что их быстрый рост позволяет ученым изучать эволюцию в режиме реального времени в лаборатории. Обычные палочковидные бактерии Pseudomonas aeruginosa, участвовавшие в исследовании, могут вызывать инфекции у людей, а среди вызывающих инфекцию организмов часто обнаруживаются штаммы-мошенники.
«Общая картина этого исследования заключается в лучшем понимании того, как работает сотрудничество и как оно развивалось», - сказал автор-корреспондент Мартин Шустер. «Мы можем использовать микробы для изучения социальной эволюции. По сути, каждая среда так или иначе ограничена питательными веществами, и наше исследование позволяет нам делать прогнозы о том, какие типы среды способствуют сотрудничеству или обману».
Исследование Шустера и доктора философии 2017 года. выпускник Джо Секстон задействовал P. aeruginosa и выделяемый ею пептидный сидерофор, пиовердин или PVD.
П. aeruginosa использует PVD для удаления железа, необходимого и труднодоступного питательного вещества; мошенники не производят PVD, но имеют рецептор для сбора железа, с которым связывается сидерофор.
«Выделения приносят пользу всем, а мошеннические бактерии не участвуют в производстве», - сказал Шустер, доцент кафедры микробиологии OSU в колледжах естественных и сельскохозяйственных наук. «В целом сотрудничество считается затратным, поэтому мошенники могут использовать этот процесс, экономя на затратах на сотрудничество».
Основываясь на более ранних исследованиях, показавших, что кооперативное поведение P. aeruginosa может быть использовано мошенниками-мутантами, это исследование показывает, что затраты на сотрудничество бактерий носят условный характер.
«Все зависит от контекста и окружающей среды, доступных питательных веществ, бактериальной диеты», - сказал Шустер. «Иногда сотрудничество обходится очень дорого, иногда совсем не дорого. А если сотрудничество не обходится дорого, значит, обман не дает преимущества».
В случае секреции PVD P. aeruginosa несет затраты на приспособляемость, когда углерод или азот находятся в ограниченном количестве; это строительные блоки для PVD, а также необходимые для производства клеточной биомассы.
Но нехватка других питательных веществ - железа, фосфора и серы - не приводит к затратам на фитнес; таким образом, мошенники не получают преимущества в этих сценариях.
«Раньше считалось, что затраты на приспособление пропорциональны количеству производимого сидерофора», - сказал Секстон. «Мы показали, что при различных питательных условиях бактерии по-прежнему производили одинаковое количество, но затраты на приспособление сильно различались».
Исследователи экспериментально подтвердили свои прогнозы моделирования с помощью формата хемостата, открытой системы, в которой свежие питательные вещества поступают с той же скоростью, с которой вытекает отработанная питательная среда; плотность клеток и скорость роста остаются постоянными. В этой системе затраты на приспособляемость производства PVD проявлялись как разница в росте между кооператорами и мошенниками в смешанной культуре.
«Помимо фундаментальных вопросов об эволюции сотрудничества, наша работа также имеет отношение к естественным популяциям», - сказал Секстон. «Существуют сидерофор-отрицательные штаммы в почве, океане и в человеческих инфекциях. Откуда они взялись? Они эволюционировали как мошенники или по какой-то другой причине? мировые контексты."