Внутригрупповое сотрудничество помогает бактериальным популяциям противостоять конкурентам

Американские микробиологи расшифровали сложную систему взаимоотношений между 185 генетическими линиями (штаммами) морских бактерий Vibrio, которые подразделяются на 9 «экологических популяций», связанных генетическим родством и схожими экологическими предпочтениями. Оказалось, что 44% штаммов выделяют антибиотики, угнетающие рост одного или нескольких других штаммов. В большинстве случаев антибиотики действуют только на представителей чужих популяций и безвредны для «своих», то есть межгрупповой антагонизм преобладает над внутригрупповым. Это позволяет говорить о своеобразной внутригрупповой кооперации, которая защищает бактериальные сообщества от экспансии чужаков.

Многие микроорганизмы ведут друг с другом химическую войну, выделяя антибиотики, угнетающие рост микробов-конкурентов. При этом между микробами складываются сложные системы антагонистических отношений. Например, часто встречается ситуация, напоминающая детскую игру «камень-ножницы-бумага» (см. рис. 1). В эту игру любят играть бактерии, производящие антибиотик (P), с теми, кто антибиотика не производит, но имеет средства защиты от него (R), и теми, кто не имеет средств защиты (S). Как производство антибиотика, так и синтез защитных средств имеет свою цену: бактериям приходится тратить ресурсы на производство соответствующих веществ. Поэтому ни один из трех вариантов не может получить решающего преимущества. Бактерии P убивают своим антибиотиком бактерий S, однако их самих побеждают в конкуренции бактерии R, которые не расходуют ресурсы на производство антибиотика и потому размножаются быстрее, чем P. Когда P будут вытеснены и в популяции останутся только R, сообщество окажется беззащитным перед экспансией S, которые не тратят ресурсы на производство противоядий и потому размножаются быстрее, чем R. Но когда R будут вытеснены и в сообществе начнут доминировать S, туда снова cмогут внедриться P. Они отравят всех S, но торжествовать будут лишь до тех пор, пока не начнется вторжение R... и так до бесконечности.

Альтруизм у бактерий помогает им противостоять антибиотикам

Американские ученые открыли новый способ, с помощью которого бактерии вырабатывают устойчивость к антибиотикам. Для этого ученые подошли к проблеме устойчивости к антибиотикам нетрадиционно: исследовали не отдельных устойчивых мутантов, а всю популяцию выживших клеток. Они выяснили, что такие популяции содержат несколько удачливых мутантов и подавляющее большинство нерезистентных клеток. Мутанты сами по себе растут хуже исходных клеток, но вся колония демонстрирует неплохие показатели роста. Получается, что мутантные клетки за счет личных затрат берут на иждивение своих неизменившихся соседей, которые со своей стороны обеспечивают быстрое размножение клеток колонии в целом. В результате при мизерном изменении генофонда штамма все клетки защищены от вредного агента.

Как настроить бактерий на братоубийство

Проблема резистентных к антибиотикам штаммов бактерий общеизвестна. Микробиологи из Сингапура, увлекшиеся синтетической биологией, предлагают новый способ преодоления этой проблемы.

Они «перепрограммировали» кишечную палочку E. coli на управляемый синтез штамм-специфического антибиотика из семейства пиоцинов, убивающего болезнетворный микроорганизм Pseudomonas aeruginosa. Особое изящество решению проблемы придает тот момент, что антибиотик начинает синтезироваться только в присутствии бактерии-жертвы, и токсичен только для этой жертвы (но не других микроорганизмов).

Исследователи считают, что за такими «экологичными» способами борьбы с патогенами — будущее, тем более что против таких штамм-специфических антибиотиков с меньшей вероятностью развивается устойчивость. Пока что, правда, от практических способов лечения описываемое открытие достаточно далеко — начать хотя бы с того, что эффективное подавление патогена наблюдается при четырехкратном превосходстве «перепрограммированной» E. coli.