Микроорганизмы Bacillus subtilis

Не так давно учеными был расшифрован генетический механизм, с помощью которого происходит регулирование взаимоотношений в обществе микроорганизмов Bacillus subtilis. Во время нехватки пищи одна половина бактерий может убить другую ядом. Погибшие бактерии служат пищей выжившим, которые не погибают от яда за счет защитного белка. Само тело Bacillus subtilis представляет собой сложнейший многоклеточный агрегат, который часто образуют бактерии в природе.

Исследователям из Гарвардского университета после многих лет работы удалось выяснить генетическую модель социального поведения Bacillus subtilis. Эти распространенные почвенные микроорганизмы представляют собой хорошо изученный мир. Генетический код «тонкой бациллы» был расшифрован еще в 1997 году. Длина кода составляет 4 214 630 групп оснований, а общее количество генов – 4225. Также известны функции всех генов. Но все же этих данных недостаточно для понимания механизма, который управляет сложным поведением бациллы. В определенный момент бактерия Bacillus subtilis может отрастить жгутики и, вследствие этого, приобрести способность передвигаться, собираться в группы (swarming behavior), принимать коллективные решения. Колония этих микроорганизмов может трансформироваться в многоклеточный агрегат, который отдаленно напоминает многоклеточный организм.

В сложных ситуациях, когда отсутствует достаточное количество пищи, бациллы могут превращаться в споры, что помогает им быть устойчивыми к неблагоприятным факторам. Трансформация в споры требует участия около 500 генов, но бациллы прибегают к этому только в самом крайне случае. Часто микробы убивают сородичей и поедают их тела, но это при условии огромной численности колонии. Исследователям удалось выяснить, что Bacillus subtilis во время голодания включает специальный ключевой генный регулятор Spo0A, которые функционируют по принципу обратной связи. Активизация Spo0A влечет за собой каскад реакций, одна из которых выработка токсина SdpC, который уничтожает бацилл, не устойчивых к токсину. Интересным является тот факт, что токсин одновременно может вырабатываться только у половины микроорганизмов колонии. Из погибших бацилл высасываются полезные вещества, что дает возможность выжить остальным микробам.

До сих пор оставалось загадкой, почему погибают только те бактерии, которые не выделяют токсин. Оказалось, что в мембране бацилл есть особый защитный белок SdpI, который выполняет две функции. Этот белок защищает клетку от токсина, просто блокируя его. Молекула, схватившая токсин, изменяется таким образом, что не дает активизации защитного белка SdpR. Проще говоря, если мембрана бактерии «ловит» белки токсина, то внутри клетки бактерии притормаживается процесс выработки защитного белка. Это экономит ресурсы микроорганизма. Когда токсины полностью пропадают из окружающей среды, микроорганизмы прекращают выработку защитного белка.

Это очень простой и эффективный механизм защиты. Бактерии, которые не вырабатывают токсин, погибают за счет того, что синтезирование защитного белка SdpI блокируется белком AbrB, который перестает функционировать при активизации выработки токсина бактерией. Если бактерия не вырабатывает токсин – она погибает при воздействие этого токсина других бактерий колонии. Бациллы-жертвы намеренно не вырабатывают токсин, чтобы дать возможность выжить другим членам колонии. Механизм выживания работает настолько четко, что в самых неблагоприятных условиях погибает только половина микроорганизмов колонии.