Бактериальный вид, который охотится на другие бактерии, вызвал большой интерес как потенциальный живой антибиотик, но точно не ясно, как этот хищник выслеживает свою добычу. Исследование, опубликованное 28 марта в журнале Biophysical Journal, проливает свет на этот вопрос, показывая, что бактериальный хищник Bdellovibrio bacteriovorus (BV) нацеливается на свою цель, используя в своих интересах силы жидкости, создаваемые его собственными плавательными движениями и движениями его добычи. Эти поля гидродинамического потока сближают бактерии, увеличивая шансы успешной атаки BV.
«Несмотря на то, что он был обнаружен более 50 лет назад, очень мало известно о том, как бактериальный хищник BV находит свою бактериальную добычу», - говорит соавтор исследования Стив Прессе из Университета штата Аризона.«Понимание того, как BV находит свою добычу, является первым шагом в разработке этой бактерии, которая будет служить живым антибиотиком, то есть заставить ее охотиться на добычу внутри живого организма».
Подобно вирусу, BV атакует бактерии, такие как Escherichia coli (E. coli), прикрепляясь к своей жертве и проникая в нее, размножаясь внутри клетки, а затем внезапно вырываясь наружу, выпуская свое потомство в окружающую среду.. Учитывая эффективность BV в уничтожении патогенов и безопасность в моделях на животных, некоторые предложили использовать бактериального хищника для очистки воды, разрушения биопленок на поверхностях и в качестве живого антибиотика для домашнего скота или людей. Понимание того, как BV на самом деле находит свою добычу, является важным первым шагом к этим целям, но до сих пор было неизвестно, использует ли BV химические сигналы для специфического нацеливания на бактериальные клетки или натыкается на них случайным образом..
Чтобы ответить на этот вопрос, Прессе и соавтор исследования Грегори Андерсон из Университета Индианы и Университета Пердью в Индианаполисе отследили перемещения BV и E.coli с помощью видеомикроскопии высокого разрешения. Они заметили, что BV быстро плавает в растворе, сильно нарушая его жидкую среду. Чтобы исследовать эффекты этих гидродинамических потоков, исследователи затем наблюдали за бактериями, когда они плавали параллельно плоским поверхностям, в данном случае предметному стеклу микроскопа и покровному стеклу. В этих условиях собственные движения BV создавали вихревые силы жидкости, которые ловили бактерии, заставляя их плавать кругами рядом с поверхностями.
Дополнительные эксперименты показали, что BV предпочитал плавать возле стен и вокруг шариков, а не в открытой воде, предполагая, что силы жидкости захватывали их на этих гидродинамических орбитах. Более того, экспериментальный контроль, расчеты и компьютерное моделирование подтвердили, что за эти эффекты ответственны гидродинамические силы, а не химические или электрические сигналы. Поскольку и BV, и E. coli подвергались воздействию собственных сил, создаваемых жидкостью, оба вида бактерий совместно локализовались на поверхностях, что значительно облегчало последующее случайное столкновение BV со своей добычей.
До нашего исследования научное сообщество пришло к выводу, что BV, скорее всего, натыкается на свою добычу случайно. Это был совершенно случайный поиск хищником добычи», - говорит Прессе. «По иронии судьбы, наши результаты показывают, что поиск добычи с помощью BV является случайным. Просто он не является случайным в трех измерениях!»
Следующие шаги заключаются в том, чтобы спроектировать BV, чтобы сделать их более восприимчивыми к их собственным самогенерируемым полям потока, а затем наблюдать за этими сверхэффективными охотниками в действии в живом хозяине. «В конце концов, наши результаты могут привести к использованию бактериальных хищников в качестве инструментов для уменьшения или уничтожения вредных бактерий», - говорит Андерсон. «Это может иметь последствия для окружающей среды, сельского хозяйства, промышленности и здоровья. В частности, это может привести к разработке более эффективных методов лечения для преодоления все более сложной проблемы устойчивости к антибиотикам."