Теперь исследователи из Университета Делавэра обнаружили, что бактерии не просто работают вместе. Бактериальные клетки разных видов могут объединяться в уникальные гибридные клетки путем слияния их клеточных стенок и мембран и совместного использования клеточного содержимого, включая белки и рибонуклеиновую кислоту (РНК), молекулы, которые регулируют экспрессию генов и контролируют клеточный метаболизм. Другими словами, организмы обмениваются материалом и теряют часть своей идентичности в процессе.
Это беспрецедентное наблюдение, о котором было сообщено во вторник, сент.
1 в mBio, журнале Американского общества микробиологов, может пролить свет на необъяснимые явления, влияющие на здоровье человека, исследования в области энергетики, биотехнологии и многое другое.
Группа исследователей, возглавляемая Элефтериосом (Терри) Папутсакисом, заведующим кафедрой химической и биомолекулярной инженерии Unidel Eugene Du Pont, изучала взаимодействия между Clostridium ljungdahlii и C. ацетобутиликум. Эти виды бактерий работают вместе в синтрофической системе, производя метаболиты, взаимовыгодные для выживания друг друга.
Команда обнаружила, что C. ljungdahlii вторгается в C. ацетобутиликум.
Эти два организма объединяют клеточные стенки и мембраны и обменивают белки и РНК, чтобы сформировать гибридные клетки, некоторые из которых продолжают делиться и фактически дифференцироваться в характерную программу споруляции.
«Они смешивают свои механизмы, чтобы выжить или обеспечить метаболизм, и это в некотором роде экстраординарно, потому что мы всегда предполагали, что каждый организм имеет свою собственную независимую идентичность и механизмы», – сказал Папутсакис.
Ранее исследователи наблюдали, что бактерии могут обмениваться некоторыми материалами через нанотрубки. Комбинация в гибридные клетки была неожиданной.
«Мы впервые показали это на этих бактериях, и это также новый механизм обмена материалами», – сказал Камил Чарубин, докторант кафедры химической и биомолекулярной инженерии и первый автор статьи.
Хотя об этом феномене межвидового микробного слияния сейчас сообщается впервые, он, вероятно, повсеместно встречается в природе среди многих пар бактерий.
Так почему же бактерии пытаются слиться вместе??
Простой ответ вероятен, потому что этот процесс позволяет микробам обмениваться механизмами, что увеличивает их шансы на выживание.
Например, некоторые патогенные бактерии – те, которые могут вызывать заболевания – могут заимствовать белки у других устойчивых к антибиотикам бактерий, чтобы укрепить свою сопротивляемость. Некоторые бактерии могут заимствовать механизмы у других, чтобы избежать обнаружения иммунной системой.
Это также может помочь объяснить, почему некоторые бактерии трудно культивировать или выращивать для исследований или медицинских диагностических целей. Эти трудно культивируемые бактерии могут сочетаться или работать с другими микроорганизмами и зависеть от них в своем существовании вместо того, чтобы расти и размножаться сами по себе.
Выводы команды могут повлиять на понимание эволюции биологии, потому что, как только виды бактерий разделяют механизм, они могут развиваться вместе, а не только по отдельности, – сказал Папутсакис.
«Эти открытия послужат ориентиром для нового мышления не только в области эволюции микробов, но и в отношении биотехнологических решений, которые могут принести пользу солдатам», – сказал д-р. Роберт Кокоска, руководитель программы, Управление армейских исследований (ARO), член U.S. Лаборатория армейских исследований Командования развития боевых возможностей армии. "Сюда входят исследования того, как человеческий микробиом влияет на здоровье и умственные способности солдат и как микробные сообщества могут быть лучше спроектированы для широкого спектра достижений, включая стратегии надежного биологического зондирования в полевых условиях, восстановления отходов и новых средств биосинтеза."
Работа поддержана Исследовательским бюро армии (награда №. W911NF-17-1-0343 и W911NF-19-1-0274) и U.S. Министерство энергетики (DE-SC0019155).