Изучение способов взаимодействия бактерий между собой является одним из новых и перспективных направлений в микробилогии. Оказывается, клетки бактерий способны распознавать друг друга и реагировать на окружение.

Механизм взаимодействия имеет химическую природу: на поверхности клеток находятся специальные рецепторы, распознающие сигнальные молекулы, которые выделяются другими бактериями.

Связывание сигнальной молекулы с рецептором является пусковым механизмом для запуска работы определенных генов, что, в свою очередь, приводит к синтезу бактерий необходимых белков. При помощи механизма бактериального взаимодействия,

названного Bacterial Quorum Sensing бактерии могут контролировать размножение своей популяции, реагировать на изменение условий питания и адаптироваться к ним, успешно вырабатывать способы защиты от антибиотиков. Некоторые вещества (например, экстракт чеснока в случае с P. aeruginosa), могут нарушать бактериальное взаимодействие и приводить к увеличению чувствительности бактерий к лечению.

Благодаря Quorum Sensing, бактериальные клетки могут распознавать величину своей популяции и потребности всей колонии в целом, и, при необходимости, выделять во внешнюю среду «общественно-полезные» продукты (например, для формирования защитной биопленки).

В Вашингтонском университете изучали колонии Pseudomonas aeruginosa, которая часто встречается в легких больных муковисцидозом. Обнаружено, что в то время как большинство клеток «сотрудничают» друг с другом, синтезируя и перераспределяя полезные для популяции продукты, некоторые клетки «мошенничают», лишь потребляя то, что выделяют соседи, ничего не давая взамен. И даже если количество клеток в колонии, а значит и потребность в общих продуктах возрастала, эти мутантные клетки не реагировали на сигналы соседей и продолжали только потреблять.

Когда же в эксперименте изменяли условия внешней среды так, что колония бактерий должна была производить больше общих веществ чтобы выжить, эти клетки-мошенники размножались быстрее нормальных клеток, активно потребляя «дефицитные» продукты колонии, тем самым ухудшая условия существования популяции. В конце концов вся популяция погибала. То есть исследователи обнаружили методы дестабилизации колоний клеток, приводящие к гибели всех бактерий. Авторы считают, что эти наблюдения могут стать первым шагом к разработке антибиотико-независимых методов борьбы с бактериями.

«Надеемся, что однажды мы сможем воздействовать на бактерии так, чтоб их взаимосвязи будут разрушены и они погибнут,» сказал Peter Greenberg, профессор микробилологии, один из авторов работы.

Источники:

Ajai A. Dandekar, Sudha Chugani, E. Peter Greenberg. Bacterial Quorum Sensing and Metabolic Incentives to Cooperate, 12 October 2012: Vol. 338 no. 6104 pp. 264-266

Bjarnsholt T, Jensen PØ, Rasmussen TB, Christophersen L, Calum H, Hentzer M, Hougen HP, Rygaard J, Moser C, Eberl L, Høiby N, Givskov M. Garlic blocks quorum sensing and promotes rapid clearing of pulmonary Pseudomonas aeruginosa infections. Microbiology. 2005 Dec;151(Pt 12):3873-80.