Багато мікробів утворюють щільні біоплівки, живучи тісними та взаємовигідними громадами. Однак якщо умови змінюються, у частини старих бактеріальних клітин запускаються механізми регульованої загибелі. Це сигналізує більш молодим мікробам, що пора переміщатися на більш сприятливі місця.
Біоплівка Caulobacter під мікроскопом: живі клітини позначені зеленим, мертві – рожевим, позаклітинна ДНК – синім флуоресцентним білком / ©Brun Lab, Universitе de Montrеal
Бактерії часто живуть не поодинці, а в складі численних спільнот. Їх щільні і міцні біоплівки можуть покривати стічні труби, камені в прибережній смузі або поверхню зубів. Така стратегія забезпечує їм масу переваг, включаючи додатковий захист від токсинів і антибіотиків. Однак з часом вона може обертатися негативною стороною.
Якщо умови середовища змінюються і стають менш сприятливими, бактеріям було б вигідно переміститися на нове місце. Однак міцно приклеєним до підкладки клітинам зробити це практично неможливо. Тоді вони можуть «приносити себе в жертву», щоб молодші бактерії, що знаходяться ближче до поверхні біоплівки, покинули її в пошуках більш підходящого місця для життя. Цей процес досліджували автори нової статті, опублікованої в журналі eLife.
Ще в 2010 році професор Монреальського університету Ів Брюн (Yves Brun) і його колеги показали, що клітини Caulobacter crescentus, які утворюють біоплівки, гинучи, виділяють вільну ДНК. Саме вона служить сигналом, який перешкоджає приєднанню молодих клітин до біоплівки і стимулює їх «вирушати на пошуки нових місць». У новій роботі Брюн з співавторами вивчили, як і чому деякі клітини гинуть.
Виявилося, це відбувається не випадковим чином, а в результаті активації механізмів запрограмованої загибелі клітини. При цьому спрацьовує система «токсин — антитоксин», яка включає набір з двох генів, один з яких кодує білок-«отрута», а інший — «протиотрута» до нього. Коли настає час померти, вироблення другого білка пригнічується, і накопичений токсин вбиває клітину.
Вчені показали, що активація системи «токсин — антитоксин» запускається при дефіциті кисню. Коли біоплівка стає занадто товстою або умови виявляються несприятливими, все менше цього газу проникає на глибину, де знаходяться найстаріші клітини. Тоді частина з них приймає на себе смерть, виділяючи позаклітинну ДНК і стимулюючи більш молоді клітини переміщатися, щоб утворити нові біоплівки в більш сприятливому місці.