Совместная жизнь бактерий

Определяющая особенность одноклеточной жизни – её индивидуальность. Причем это относится не только к более совершенным эукариотическим (ядерным) клеткам, но и к их доядерным собратьям – прокариотам, или, попросту говоря, бактериям. Однако доказать эту индивидуальность пока никто не пытался.

Международная команда исследователей из США и Швеции решила изучить взаимодействие бактерий, специально создав для этого микроскопические камеры, в которые помещались бактерии. Все камеры были разной формы и размеров, что позволило ученым культивировать бактерии в незначительных объемах среды. Работа исследователей была опубликована в последнем выпуске PLoS Biology.

Выяснилось, что в неблагоприятных условиях простейшие образуют особые биопленки, защищающие их от антибиотиков.

С точки зрения медицины, именно такие пленки играют ключевую роль в воспалении при муковисцидозе, инфекциях мочеполовой системы и других тяжелых и трудно поддающихся лечению заболеваниях.

Андрей Левченко и его коллеги наблюдали за поведением культуры кишечной палочки (Eisherichia Coli) с помощью микроскопии в реальном времени. Этот метод избавляет от необходимости постоянно вытаскивать колонии из инкубатора, где поддерживается постоянная температура размножения 37^oC, ставить на микроскоп, искать старое место для фотосъемки, и так далее. И даже при такой рутинной работе результаты были бы не достоверны, ведь бактерии, как никакой другой организм, реагируют на колебания температуры и влажности.

У американских и шведских учёных бактерии развивались непосредственно на столике микроскопа в небольшом прозрачном термостате. При этом современные оптические методы – поляризации, фазового и хоффманского контрастирования – позволяли с высокой точностью различать даже отдельные живые клетки. Ходжун Чхо, аспирант Левченко, в течение 24 часов неотрывно записывал на видео самоорганизацию и поведение культуры.

Оказалось, что в зависимости от формы и объема камеры, клетки организовывали свои колонии по-разному. Например, в округлых камерах клетки располагались случайным образом, тогда как в углах квадратных выстраивались упорядоченно. При этом атипичные палочки – слишком короткие или слишком длинные – не включались в эту структуру. И чем дольше популяция клеток оставалась в камере, тем более организованной становилась структура образуемой ими пленки.

Как отмечают учёные, эти процессы можно было бы считать проявлением постепенного высасывания бактерий средой, однако в начале эксперимента концентрация клеток поддерживалась однородной и стабильной. Ученые также обнаружили способность клеток синхронно замедлять свой обмен веществ в ответ на уменьшение содержания пищи в среде.

Всё это напоминает поведение предшественников многоклеточной жизни – колоний одноклеточных водорослей.

Впрочем, о дифференцировке клеток пока говорить нельзя, поэтому учёные удерживаются от сравнений. Кроме того, учёным не удалось сделать главного – выявить причины такого поведения бактерий.

Возможно, эти неясности сможет разрешить статья специалистов из Британского института эволюционной биологии, опубликованная в последнем номере Nature. Ученые выявили реакцию культуры P.aeruginosa на вещества, выделяемые другими организмами при изменениях в окружающей среде.

Оказалось, что эта реакция была сильнее всего, если штаммы бактерии были генетически ближе друг к другу.

Таким образом, бактериям проще всего влиять на поведение своих ближайших родственников. Означает ли это, что такие примитивные существа, как бактерии, способны к коллективной жизни, пока не ясно. По крайней мере, многоклеточные организмы, клетки которых не имеют ядер, науке неизвестны.

В любом случае, изучение плёнок, образуемых бактериями, имеет большое значение для медицины. Как показал микробиолог Дон Монро, работа которого опубликована в том же выпуске PLoS Biology, что и статья группы Левченко, подобные пленки образуются и развиваются практически при всех инфекционных заболеваниях. По мнению Монро, именно они, а не сами бактерии, должны быть основным объектом для целенаправленного лечения.