Бактерии в сообществе способны к быстрой эволюции

Рис. 2. Лазерные фотографии поверхности стекол, обросших бактериями Acinetobacter (показаны красным) и Pseudomonas (показаны зеленым) через 24 часа после начала культивирования. a — при использовании исходной формы Pseudomonas. b — при использовании новой формы Pseudomonas, спонтанно образовавшейся в ходе эксперимента. Полосы снизу и справа — разрезы через биопленку по местам, указанным стрелками. Видно, что новая форма растет быстрее и покрывает сверху сплошным слоем скопления Acinetobacter. с — исходная гладкая колония Pseudomonas. d — отличающаяся неровной поверхностью колония новой формы Pseudomonas. Фото из обсуждаемой статьи в Nature

Но самое интересное началось дальше. Обследование с помощью микроскопа стекол, на которых поселились бактерии обоих видов, показало, что через пять дней культивирования характер роста Pseudomonas существенным образом изменился. Если в начале опыта клетки Pseudomonas поселялись на участках, не занятых скоплениями Acinetobacter (образовывалось своего рода мозаика из двух видов. (рис. 2a), то через пять дней клетки Pseudomonas стали сплошным ковром обрастать сверху скопления Acinetobacter (рис. 2b). Когда клетки из этого «ковра» высеяли отдельно на агар-агар (среду, содержащую все вещества, необходимые для роста данных бактерий), они стали образовывать колонии с неровной поверхностью (рис. 2d), отличающиеся от колоний исходной формы Pseudomonas, имеющих гладкую поверхность (рис. 2c).

Новые особенности были наследуемы — передавались из поколение в поколение. При выращивании в структурированной среде бактерии новой формы Pseudomonas размножались очень быстро и уже через 24 часа интенсивно обрастали скопления Acinetobacter (рис. 2b). При этом им требовалась значительно меньшая концентрация бензилового спирта (всего 50 микромолей).

В серии дополнительных экспериментов с использованием разных условий культивирования удалось показать, что новая форма Pseudomonas возникает только при комбинации двух условий — наличии бактерий Acinetobacter и наличии твердой поверхности, на которой можно закрепиться. Общая продукция сообщества (то есть нарастающая за единицу времени биомасса) была существенно выше, если в сообщество входила новая форма Pseudomonas. Среди известных ранее мутаций Pseudomonas авторы нашли одну похожую, которая затрагивает синтез липополисахаридов — веществ, входящих в состав клеточных стенок и играющих важную роль в образовании пластов клеток.

Во взаимоотношениях Acinetobacter и Pseudomonas пока далеко не всё еще ясно (помимо комменсализма есть и конкуренция между двумя бактериями за кислород), однако очевидно, что отношения эти могут меняться за счет появления новых (и наследуемых!) особенностей по крайней мере у одного из видов.

Источник: Susse Kirkelund Hansen, Paul B. Rainey, Janus A. J. Haagensen, Soren Molin. Evolution of species interactions in a biofilm community // Nature. 2007. V. 445. P. 533-536.

<< Назад