В природе бактерии встречаются в основном в многоклеточных коллективах, а не по отдельности. Они способны координировать свое поведение, а некоторые виды даже могут двигаться вместе стаями. Младшая исследовательская группа по биологической химии в Университете Констанца изучает способы, которыми организмы могут манипулировать и, прежде всего, подавлять такое поведение. Руководитель группы и главный исследователь доктор Томас Бётчер, его группа и докторант Сина Рючлин (урожденная Рихтер) изучили биосинтез одного из этих ингибиторов роения и обнаружили, что его производство зависит от конкретных условий на уровне субстрата бактериальной клетки. В этом есть важный эволюционный аспект: рабочая группа смогла продемонстрировать, как бактериальные клетки производят различные природные вещества с минимальными усилиями. В будущем эти открытия могут сыграть важную роль в борьбе с инфекционными заболеваниями и устойчивостью к антибиотикам. Они были опубликованы в текущем онлайн-выпуске научного журнала Cell Chemical Biology.
Роение делает бактерии более устойчивыми к антибиотикам. Порой роящиеся бактерии переносят даже десяти- и стократное увеличение дозы антибиотика. Будучи постдоком в США, Томас Бётчер смог выделить два штамма бактерий из образца красных водорослей: Vibrio alginolyticus, который быстро роится, и водоросль Shewanella, которая подавляет это движение, ограничивая стремление своего конкурента к расширению. Водоросли Shewanella достигают этого за счет секреции так называемого сидерофора, который вырабатывается самим штаммом и позволяет бактериям поглощать трехвалентное железо из окружающей среды.
Вопрос в том, как именно производится этот сидерофор? При секвенировании бактерий исследователи обнаружили кластер генов, который может отвечать за выработку сидерофоров на клеточном уровне. «Наш главный вывод заключался в том, что, вопреки нашим ожиданиям, фермент не производит соответствующий сидерофор из-за своей специфичности, а именно пул клеточного субстрата управляет процессом производства», - говорит химик, научный сотрудник. Zukunftskolleg при Констанцском университете. Исследование показало, что выделенный фермент имел свою основную специфичность к совершенно другому метаболиту по сравнению с живой клеткой. Похоже, что клетка может регулировать свои строительные блоки для производства метаболита, который не обязательно будет благоприятен для ответственного фермента, но который приносит пользу клетке важными способами.
«Бактериальная клетка манипулирует субстратами для одновременного производства трех метаболитов. Это создает изменчивость, которая позволяет эффективно производить различные метаболиты», - объясняет Томас Бётчер. Это, в свою очередь, способствует быстрой эволюционной адаптации.
Есть последствия того факта, что фермент, по-видимому, не специализируется на производстве основного метаболита, а создается несколько метаболитов, производство которых регулируется на уровне субстрата. До сих пор обычной практикой было введение последовательностей генов из образцов окружающей среды в хорошо управляемые лабораторные бактерии, что приводило к производству метаболитов. Однако, как показали исследователи, эти метаболиты могут быть не теми, которые производятся в природе. Поэтому очень важно знать пул клеточного субстрата, чтобы иметь возможность предсказывать правильные продукты.