У бактерий есть множество стратегий, позволяющих справиться с суровыми и меняющимися условиями окружающей среды в организмах, в которые они вторгаются. К ним относятся развитие адаптивных мутаций по мере их развития и активация определенных генов в ответ на изменения. Однако иногда этой защиты недостаточно, и требуются альтернативные стратегии.
Одна из таких альтернативных стратегий, недавно открытая, — это создание негенетической изменчивости, при которой бактерии развивают субпопуляции, каждая из которых предварительно адаптирована к другой среде или задаче. Эта предварительная адаптация может дать вторгшимся бактериям дополнительное преимущество во время вторжения и в преодолении иммунной системы. Эта вариация, называемая фенотипической изменчивостью, включает развитие субпопуляций бактерий с измененными характеристиками, такими как размер или поведение.Чтобы лучше понять эту стратегию выживания, исследователи Ирина Ронин, Наама Кацовиц, Илан Розеншайн и Натали К. Балабан во главе с доктором Ириной Ронин из лаборатории Балабана в Институте физики Рака Еврейского университета Иерусалима исследовали, играет ли негенетическая изменчивость роль в вирулентности специфического для человека патогена, энтеропатогенной E. coli (EPEC), ответственной за многие младенческие смерти во всем мире.
Их цель состояла в том, чтобы выяснить, может ли воздействие на EPEC сложных условий, подобных тем, с которыми они могут столкнуться у человека, спонтанно дифференцировать EPEC на различные бактериальные субпопуляции. Для этого они использовали математическое моделирование и генетический анализ.Их анализ, опубликованный в рецензируемом журнале eLife, показал, что EPEC спонтанно дифференцируется на две субпопуляции, одна из которых особенно вирулентна, когда подвергается воздействию условий, имитирующих среду хозяина.
К удивлению, они обнаружили, что после запуска это гипервирулентное состояние сохраняет очень долгую память и остается гипервирулентным на протяжении многих поколений. Кроме того, они идентифицировали специфические регуляторные гены, которые контролируют переключение между невирулентным и гипервирулентным состояниями у бактерий EPEC.«Эти результаты проливают новый свет на стратегии бактериальной вирулентности, показывая существование предварительно адаптированных субпопуляций EPEC, которые могут оставаться подготовленными к инфекции в течение нескольких недель», — сказала профессор Натали К. Балабан. «Они также показывают, что долговременная память управляет выражением основных факторов вирулентности патогена, даже при переходе к условиям, которые не способствуют их выражению».
«Уникальный переключатель памяти, который мы идентифицировали, может быть обычным для патогенных бактерий, что приводит к увеличению тяжести заболевания, повышению устойчивости инфекции и улучшению передачи от хозяина к хозяину», — сказал профессор Илан Розеншайн. «Дальнейшие исследования для характеристики механизма переключения могут указать на стратегии снижения вирулентности EPEC и борьбы с инфекциями, и наш подход может обеспечить основу для поиска аналогичных переключателей у других патогенов».