Результаты подтвердили предположение: часть бактерий, которая изначально была автономной, потеряла способность продуцировать метаболиты, такие как аминокислоты; они стали зависимыми от окружающей среды, обогащенной этими питательными веществами. «К нашему удивлению, мы получили аналогичные результаты, когда в питательную среду не добавлялись питательные вещества», — пояснил Глен Д’Суза, первый автор исследования. «Бактерии были разделены на две группы: одна группа все еще оставалась независимой, тогда как другая группа стала зависимой от этих автономных бактерий, которые все еще производили питательные вещества сами по себе».Подобная потеря признаков наблюдалась не только у бактерий, но и у других групп организмов. Многие животные, в том числе люди, не могут сами производить витамины — они зависят от пищи или от бактерий, продуцирующих витамины в кишечнике. Многим патогенам для размножения необходимы вещества, вырабатываемые их хозяевами.
До сих пор было неясно, почему организмы отказываются от своей автономии и становятся зависимыми от других. Это исследование теперь показывает, что потеря способностей может быть эволюционно выгодной и, таким образом, способствовать адаптации.«Были и другие результаты, которых мы совсем не ожидали: когда мы изучали геном зависимых бактерий, мы обнаружили мутации не только в генах, которые непосредственно участвуют в биосинтезе аминокислот, но и в генах, которые регулируют белки, которые участвует в активации или ингибировании метаболических процессов », — сообщает Кристиан Кост. Это означает, что адаптация бактериальной популяции может быть достигнута разными способами.
В текущем исследовании эта адаптация произошла только в одном направлении: одна группа бактерий стала зависимой от другой. Однако исследователи убеждены, что более длительный период тестирования в конечном итоге привел бы к взаимным и более сложным зависимостям. Поэтому они планируют продлить свой эксперимент. Естественный отбор зависит не только от генетической одаренности популяции, но и от ее размера.
В зависимости от образа жизни естественные популяции бактерий значительно различаются по размеру. Следовательно, ученые хотят выяснить, как размер бактериальных популяций влияет на развитие зависимостей и изменения в бактериальных геномах.Основная проблема биологических исследований заключается в том, что большинство бактерий нельзя культивировать в лабораторных условиях.
Результаты нового исследования могут объяснить, почему это так: популяции бактерий быстро развивают метаболические зависимости от окружающей среды, теряя соответствующие биосинтетические гены. Метагеномный анализ образцов окружающей среды, который включает экологические взаимодействия микробных сообществ с их естественной средой, может помочь решить эту проблему.Результаты экспериментов актуальны и в более прикладном контексте: в конце концов, бактериальные сообщества играют важную роль в здоровье растений, животных и людей.
Метаболическое сотрудничество, то есть вопрос о том, как бактерии способствуют обмену метаболитов, может стать решающим фактором при выборе бактериальных сообществ для применения в сельском хозяйстве или здравоохранении с целью поддержки роста или защиты от патогенов.