Бактерії навчилися виганяти «шахраїв» зі своїх колоній

У природних спільнотах бактерії обмінюються поживними речовинами одна з одною. Вчені показали, яким чином мікроорганізми протистоять «шахраям», які використовують цей потік речовин, але нічого натомість не дають. Стаття опублікована в журналі.

Група вчених з Інституту Макса Планка вивчала виникнення кооперативних відносин між бактеріями. Раніше вони показали, що обмін поживними речовинами між мікроорганізмами позитивно впливає на їх зростання. Однак опортуністичні організми можуть становити велику небезпеку для подібних спільнот. Такі бактерії використовують потік вільних поживних речовин для власних потреб, нічого не даючи натомість. У своїй роботі дослідники вирішили з'ясувати, як спільноти борються з поширенням нахлібників.

Вчені створили модельне бактеріальне співтовариство, що складається з двох видів мікроорганізмів: і. Причому цих бактерій модифікували таким чином, що вони стали виділяти в зовнішнє середовище певні амінокислоти, необхідні для зростання один одного. Культуру кооперуючих мікроорганізмів змішали з опортуністами і помістили на спеціальні підкладки, зімітувавши формування біоплівки.

Виявилося, що в біоплівках кооперуючі бактерії відтісняють опортуністів на периферію, а самі формують кооперуючі колонії. Мас-спектрометричний аналіз показав, що в центрі колоній спостерігався високий вміст вільних амінокислот, а опортуністам зовні практично нічого не діставалося. Цікаво, що в рідкому середовищі, де немає просторового поділу речовин, «покарати» опортуністів не вдається і вони отримують перевагу в зрості.

Автори статті також провели комп'ютерне моделювання формування колоній, і воно відтворило сценарій розвитку, що спостерігався в експерименті. Головним важелем впливу на нахлібників виявляється почесний пристрій середовища проживання. Воно накладає обмеження на дифузію поживних речовин у просторі, через що кооперуючі бактерії асоціюються в кластери, а опортуністи виявляються віддаленими із взаємодій.

Формування біоплівок - важлива властивість бактерій. Наприклад, вони відіграють серйозну роль у розвитку інфекційних захворювань, оскільки можуть захищати бактерій від антибіотиків та імунної системи організму. Вивчення розвитку і динаміки мікробних спільнот, а також виявлення внутрішніх взаємодій в системі може дати ключ до нових методів боротьби з патогенами.