Бактерии E. coli помогают своей колонии даже после смерти

Бактериальная клетка поглощает небольшие пептиды и использует их как источник фиксированного азота и аминокислот. Крупные белки обычно не могут проникнуть в клетку, требуется их предварительная ферментативная деградация. Так, гидролизат казеина активирует рост Escherichia coli дикого типа.

Исследователи из Великобритании проанализировали влияние клеточного лизата E. coli дикого типа и штамма E. coli BL21 с инактивированными протеазами Lon и OmpT на рост колонии дикого типа. Они обнаружили, что лизат бактерий дикого типа способствует более активному росту колонии по сравнению с лизатом BL21. Это натолкнуло их на мысль, что одна из протеаз (или они обе) играет ключевую роль в расщеплении белков мертвых клеток на более мелкие фрагменты, которые затем могут быть транспортированы в живые клетки. В дальнейших экспериментах выяснилось, что протеаза OmpT не влияет на рост колонии, и внимание исследователей сосредоточилось на протеазе Lon.

Добавление лизата, содержащего активную протеазу Lon, к штамму, не вырабатывающему эту протеазу, значительно ускоряло рост колонии. Это свидетельствует о том, что протеаза Lon регулирует расщепление нутриентов после смерти клетки, в то время как живые клетки сами по себе не способны эффективно осуществлять этот процесс. Интересно, что аналогичная функция протеазы Lon была выявлена не только у E. coli, но и у других бактерий, например, у Thermococcus onnurineus.

В одном из экспериментов исследователи совместно выращивали Lon-отрицательный штамм и бактерии дикого типа. В ходе эксперимента изменялось соотношение штаммов: доля Lon-отрицательных бактерий увеличивалась с 3% до 12%, поскольку эти клетки использовали протеазу клеток дикого типа для расщепления белков погибших бактерий и извлечения питательных веществ.

Протеаза Lon приносит бактерии личную выгоду в условиях теплового стресса — Lon-отрицательные E. coli хуже росли в течение 20 часов при 42°C в минимальной среде. Однако эта выгода не компенсирует затраты на ее производство. То есть для отдельных клеток синтез этой протеазы является слишком энергозатратным и приводит к снижению темпов их роста, несмотря на ее роль в утилизации «поломанных» белков. В живых системах далеко не все процессы оптимизированы, но те механизмы, которые оказываются невыгодными для организма в целом, обычно не выдерживают естественного отбора. Полученные данные указывают на то, что протеаза Lon играет роль в поддержании общественного блага для всей бактериальной колонии, обеспечивая ее выживание через переработку остатков мертвых клеток. Ученые отмечают, что открытие роли протеазы Lon в расщеплении мертвых клеток важно не только для понимания метаболизма бактерий, но и для прояснения молекулярных механизмов альтруизма в колониях бактерий.

Колонии синегнойной палочки прекращают рост из-за эгоистов