Бактерии обменивают быстрый рост на выживание в условиях стресса
Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего выяснили, что не все бактерии стремятся расти максимально быстро. Если широко изученная кишечная палочка E. coli использует все доступные ресурсы для ускоренного размножения, то почвенная бактерия Bacillus subtilis предпочитает другую стратегию: она намеренно замедляет рост, чтобы повысить свои шансы пережить неблагоприятные условия, включая воздействие антибиотиков. Результаты исследования опубликованы в журнале Science. E. coli считается одной из самых изученных бактерий, поэтому долгое время ученые полагали, что все бактерии ведут себя одинаково, направляя максимум ресурсов на рост. Однако эксперименты с B. subtilis показали, что это не так.
Еще десять лет назад команда ученых пыталась повторить на B. subtilis результаты, ранее полученные для E. coli. У кишечной палочки при частичном подавлении синтеза белка антибиотиками клетка компенсирует это, увеличивая количество рибосом – структур, отвечающих за производство белков. Исследователи ожидали аналогичной реакции от B. subtilis, но этого не произошло: число рибосом практически не изменилось. После многократной проверки исследовали пришли к выводу, что бактерия использует совершенно иной механизм адаптации.
Исследование показало, что две бактерии по-разному регулируют распределение своих ресурсов. В обычных условиях бактерии должны поддерживать баланс между производством рибосом и синтезом аминокислот – строительного материала для белков. У E. coli этот процесс контролирует сигнальная молекула (p)ppGpp: когда аминокислот становится мало, она снижает образование новых рибосом, помогая клетке экономить ресурсы. У B. subtilis аналогичную роль играет другое соединение – гуанозинтрифосфат (GTP). При стрессе уровень GTP падает, что замедляет выработку аминокислот, однако количество рибосом остается прежним. В результате клетка сознательно снижает темпы роста, сохраняя при этом готовность к восстановлению, когда условия улучшатся.
Такой подход оказался выгодным. В лабораторных экспериментах B. subtilis значительно лучше переносила воздействие антибиотиков, чем E. coli. По мнению ученых, это связано с так называемой толерантностью: часть клеток переживает лечение, не приобретая генетической устойчивости к препаратам, а затем возобновляет рост после исчезновения угрозы. Авторы считают, что результаты исследования меняют традиционные представления о поведении бактерий. Вместо того чтобы всегда стремиться к максимально быстрому размножению, некоторые виды способны гибко выбирать между ростом и выживанием. Это открытие может помочь ученым по-новому взглянуть на причины устойчивости бактерий к антибиотикам и разработать более эффективные методы борьбы с инфекциями.
