Голодные бактерии медленно поглощают еще живых конкурентов

Для жизни бактериям, как и всем организмам, нужны нутриенты. Однако в природе их часто недостает, также питательные вещества могут встречаться в виде сложных полимеров, требующих специфических ферментов для деградации. В таких условиях другие бактерии становятся привлекательным источником метаболитов.

Известно, что бактерии используют системы секреции IV и VI типа (T4SS и T6SS) для уничтожения бактерий-конкурентов. Но в новой работе исследователи из Швейцарии и США показали, что эти же системы можно использовать для поглощения нутриентов из уничтоженных клеток. Причем это характерно и для бактерий, которых обычно не рассматривают как хищников. Авторы сосредоточились на T6SS. Это хорошо охарактеризованная молекулярная система, напоминающая системы бактериофагов. T6SS доставляет токсины в соседние клетки и встречается у примерно 25% всех секвенированных грамотрицательных бактерий.

Авторы создали и проанализировали простую систему из морской бактерии Vibrio cyclitrophicus ZF270 (мишень) и Vibrio anguillarum (ранее Vibrio ordalii) FS144, у которой есть T6SS. Рост T6SS+ клеток и лизис мишеней изучали с помощью микрофлюидного устройства. Когда у T6SS+ клеток был доступный источник углерода, они росли экспоненциально. То же происходило в присутствии V. cyclitrophicus. Если источником углерода было вещество, которое могли метаболизировать только клетки-мишени, то сами по себе T6SS+ клетки не росли, но могли это делать в присутствии клеток-мишеней.

Существовала возможность, что T6SS+ клетки поглощают секретируемые мишенями нутриенты. Однако в другой системе с V. cholerae и E. coli в качестве мишени мутантные клетки без T6SS росли значительно медленнее клеток дикого типа в условиях отсутствия доступного источника углерода.

Меченые дейтерием E. coli культивировали с V. cholerae T6SS+ и T6SS-. Спустя девять часов T6SS+ клетки поглотили значительное количество дейтерия (в отличие от T6SS- клеток).

Дальнейшие исследования показали, что лизис клеток-мишеней не был мгновенным. Форма V. cyclitrophicus менялась с палочковидной на более округлую перед тем, как клетка разрывалась (вероятно, из-за нарушения целостности клеточной мембраны). Округлые клетки сохранялись некоторое время. Исследователи предположили, что клетки T6SS+, испытывающие недостаток углерода, вызывают медленный лизис клеток-мишеней, что приводит к постепенному, а не мгновенному высвобождению питательных веществ. Моделирование показало, что медленный лизис позволяет клетке получить в 2–50 раз больше нутриентов, чем быстрый из-за ограничений транспортеров T6SS.

Если T6SS часто используется для лизиса других клеток и поглощения их нутриентов, то авторы ожидали, что в несущих эту систему клетках будет меньше генов, необходимых для деградации сложных органических веществ, как это происходит у патогенов и бактерий-хищников. Они проанализировали порядка 6000 доступных высококачественных геномов. Действительно, у таких бактерий было меньше генов, связанных с метаболизмом углеводородов, транспортом метаболитов, метаболизмом аминокислот и биосинтезом вторичных метаболитов.

В базе данных океанических микроорганизмов T6SS встречается у 3,7% бактерий, в основном у Gammaproteobacteria, Bacteroidota, Planctomycetota и Rhodobacteraceae. Анализ других баз подтвердил широкое распространение этой системы как в богатых, так и в бедных нутриентами условиях, что подтверждает ее экологическое значение.

Синегнойная палочка наносит ответный удар