Как и другие организмы, бактериям постоянно приходится бороться, чтобы выжить во враждебных условиях жизни. Вместе с коллегами из Финляндии исследователи из Института эволюционной биологии им. Макса Планка в Плене обнаружили, что бактерии медленнее и менее эффективно адаптируются к окружающей среде, если они подвергаются воздействию двух факторов стресса, а не одного. Это связано с мутациями в разных генах. Более медленная скорость эволюции привела к уменьшению численности популяции. Это означает, что эволюция может пойти разными путями, если организм подвергается воздействию нескольких стрессовых факторов.
Бактерии редко живут поодиночке; обычно они являются частью сообщества видов, подверженных различным стрессовым факторам. Они часто могут реагировать на эти факторы, приспосабливаясь к новым условиям окружающей среды с поразительной скоростью. Антибиотики, которые попадают в почву и воду со сточными водами и накапливаются там в низких концентрациях, могут вызвать развитие резистентности у бактерий, даже если эти концентрации настолько малы, что они лишь незначительно подавляют рост бактерий или вообще не подавляют их. Однако бактериям приходится бороться не только с антибиотиками; им также приходится иметь дело с хищниками. Вот почему они часто растут большими колониями, которые не могут быть съедены хищными организмами.
Обычно ученые исследуют влияние одного стрессового фактора на организм. Исследователи из Института эволюционной биологии им. Макса Планка в Плёне и университетов Хельсинки и Ювяскюля, Финляндия, изучили вопрос о том, как ведут себя микроорганизмы, когда они сталкиваются с более чем одним стрессовым фактором. «Мы смоделировали естественные условия окружающей среды в лаборатории и подвергли бактерии воздействию как хищников, так и антибиотиков. Это позволяет нам оценить, насколько вероятно развитие устойчивости к антибиотикам на открытом воздухе», - объясняет руководитель исследования Лутц Бекс.
Антибиотики и хищники
В лаборатории ученых бактерия Pseudomonas fluorescence должна была справляться как с антибиотиками, так и с хищным одноклеточным организмом Tetrahymena thermophila. Спустя совсем короткое время группа исследователей заметила, что бактериальная популяция изменилась: бактерии были намного медленнее и менее эффективны в развитии устойчивости и защите от поглощения, чем другие виды, которые подвергались воздействию только одного из этих факторов. Более того, резистентность к антибиотику встречалась гораздо реже. «Бактерии явно были неспособны оптимизировать оба свойства одновременно», - говорит Бекс.
На следующем этапе ученые проанализировали генетическую основу этих адаптаций. Их результаты показывают, что мутации для улучшения защиты от хищников появляются в том же количестве и в тех же местах в бактериальном геноме, если присутствуют только хищные инфузории. То же самое относится и к мутациям, вызывающим устойчивость к антибиотикам. Однако другие мутации возникают, когда на бактерии воздействуют оба стрессовых фактора, и бактериям приходится бороться как с хищниками, так и с антибиотиками. Это приводит к тому, что как защита бактерий от хищников, так и устойчивость к антибиотикам развиваются медленнее и становятся менее эффективными.
Поскольку бактерии менее способны защитить себя от хищников, если им противостоят хищные инфузории и антибиотики одновременно, их число меньше, чем когда им приходится защищаться только от хищников. Таким образом, несколько факторов стресса оказывают сильное влияние на то, развивается ли резистентность к антибиотикам и как часто, и насколько большой может стать популяция бактерий.
Микробные популяции - будь то в озере или в кишечнике - представляют собой сложные сообщества, в которых многим видам приходится конкурировать за ресурсы. Различные стрессовые факторы, которым подвергаются микробы, оказывают огромное влияние на их эволюцию и выживаемость. «Пройдет некоторое время, пока мы полностью поймем взаимодействие всех этих факторов и влияние антибиотиков и пестицидов», - объясняет Бекс.