Бактерии, живущие в разнообразных сообществах, называемых «биопленками», создают то, что по сути является электронной рекламой, сообщают ученые в статье, опубликованной в выпуске журнала Cell на этой неделе, посылая электрические сигналы дальнего действия другим видам бактерий, которые могут привести к привлечению бактерий. новые члены их биопленочного сообщества.
«Мы обнаружили, что сообщества бактериальной биопленки могут активно модулировать подвижное поведение различных видов бактерий с помощью электрических сигналов», — сказал Гурол Суэль, профессор молекулярной биологии, заместитель директора Центра системной биологии Сан-Диего и Медицинского института Говарда Хьюза. — Ученый с факультета Саймонса в Калифорнийском университете в Сан-Диего, возглавлявший исследовательские работы. «Таким образом, бактерии в биопленках могут осуществлять долгосрочный и динамический контроль над поведением удаленных клеток, которые не являются частью их сообществ."
Биопленки — это сообщества бактерий и других микроорганизмов, которые образуют на поверхности тонкие структуры, такие как зубной камень, образующийся на зубах, которые обладают высокой устойчивостью к химическим веществам и антибиотикам.
Поскольку мало что известно о том, как они образуются, привлекают другие микроорганизмы и противостоят атакам, такая информация об их поведении имеет практическое применение — от предотвращения образования зубного камня на зубах до предотвращения инфекций Staph в больницах.
Но идея о том, что бактерии, укрывшиеся в своих деревнях, защищающих биопленку, ведут себя как изощренные маркетинговые агенты — рекламируя присутствие своих сообществ, рассылая электронные сообщения, — опровергает фундаментальные убеждения, которые как ученые, так и широкая публика имеют об этих якобы низших существах.
«Наше исследование показывает, что бактерии, живущие в сообществах биопленок, делают что-то похожее на отправку электронных сообщений друзьям», — сказала Жаклин Хамфрис, докторант, работающая в лаборатории Суэля и первый автор статьи. "На самом деле механизм, который мы обнаружили, носит общий характер. Мы обнаружили, что бактерии одного вида могут посылать электрические сигналы дальнего действия, которые приводят к привлечению новых членов от другого вида.
В результате мы определили новый механизм и парадигму межвидовой передачи сигналов."
Биологи Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружили в своей лабораторной работе, которая объединила эксперименты с математическим моделированием, что биопленка, состоящая из одного вида бактерий Bacillus subtilis, способна рекрутировать бактерии другого вида — в данном случае Pseudomonas aeruginosa — через электрическая сигнализация.
Используя микрофлюидные камеры для роста, биологи задокументировали процесс, с помощью которого электрические сигналы ионов калия генерируются B. биопленки subtilis притягивают удаленные клетки внутри камер к краю электрически колеблющихся биопленок.
Летом 2015 года Суэль и его команда аспирантов и докторантов обнаружили, что колебания внутри биопленочных сообществ разрешили социальный конфликт между отдельными клетками, которые сотрудничали, но также должны были конкурировать за еду.
Бактерии на внешнем крае биопленки ближе всего к питательным веществам, необходимым для роста, и могут голодать защищенные внутренние клетки. Но ученые обнаружили, что колеблющиеся биопленки развивают то, что они называют «метаболической взаимозависимостью», периодически тормозя рост внешних клеток, чтобы дать внутренним клеткам доступ к питательным веществам.
Вскоре после этого Суэль и его команда обнаружили, что бактерии, живущие в сообществах биопленок, общаются друг с другом электронным способом через белки, называемые «ионными каналами», — метод передачи электрических сигналов, аналогичный тому, который используется нейронами в человеческом мозге.
Их последнее открытие — что бактерии в биопленках могут рекрутировать другие виды с помощью электрических сигналов дальнего действия — может оказаться не только самым удивительным из открытий команды, но и, возможно, самым важным для нашего понимания того, как бактерии влияют на человека. здоровье.
«Наше последнее открытие предполагает, что состав смешанных видов бактериальных сообществ, таких как микробиом нашего кишечника, может регулироваться с помощью электрических сигналов», — сказал Суэль. «Возможно даже, что бактериальные клетки кишечника и клетки кишечника человека могут электрически взаимодействовать в кишечнике человека.
Наша работа может в будущем даже привести к новым основанным на электричестве биомедицинским подходам для контроля поведения бактерий и сообществ."
Другими соавторами статьи были биологи Цзиньтао Лю и Артур Приндл, научные сотрудники лаборатории Суэля; биолог Фан Юань, докторант в лаборатории; Физик Калифорнийского университета в Сан-Диего Лиянг Сюн; Хайди Арджес из Стэнфордского университета и Лев Цимринг, научный сотрудник и заместитель директора Института биосхем Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Видео: https: // www.YouTube.com / watch?v = s74WAF3iPKs
