Многие микробы образуют плотные биопленки, живя тесными и взаимовыгодными сообществами. Однако если условия меняются, у части старых бактериальных клеток запускаются механизмы регулируемой гибели. Это сигнализирует более молодым микробам, что пора перемещаться на более благоприятные места.
Бактерии часто живут не поодиночке, а в составе многочисленных сообществ. Их плотные и прочные биопленки могут покрывать сточные трубы, камни в прибрежной полосе или поверхность зубов. Такая стратегия обеспечивает им массу преимуществ, включая дополнительную защиту от токсинов и антибиотиков. Однако со временем она может оборачиваться негативной стороной.
Если условия среды меняются и становятся менее благоприятными, бактериям было бы выгодно переместиться на новое место. Однако прочно приклеенным к подложке клеткам сделать это практически невозможно. Тогда они могут «приносить себя в жертву», чтобы более молодые бактерии, находящиеся ближе к поверхности биопленки, покинули ее в поисках более подходящего места для жизни. Этот процесс исследовали авторы новой статьи, опубликованной в журнале eLife.
Еще в 2010 году профессор Монреальского университета Ив Брюн (Yves Brun) и его коллеги показали, что образующие биопленки клетки Caulobacter crescentus, погибая, выделяют свободную ДНК. Именно она служит сигналом, который препятствует присоединению молодых клеток к биопленке и стимулирует их «отправляться на поиски новых мест». В новой работе Брюн с соавторами изучили, как и почему некоторые клетки гибнут.
Оказалось, это происходит не случайным образом, а в результате активации механизмов запрограммированной гибели клетки. При этом срабатывает система «токсин — антитоксин», которая включает набор из двух генов, один из которых кодирует белок-«яд», а другой — «противоядие» к нему. Когда приходит пора умирать, производство второго белка подавляется, и накапливающийся токсин убивает клетку.
Ученые показали, что активация системы «токсин — антитоксин» запускается при дефиците кислорода. Когда биопленка становится слишком толстой или условия оказываются неблагоприятными, все меньше этого газа проникает на глубину, где находятся самые старые клетки. Тогда часть из них принимает на себя смерть, выделяя внеклеточную ДНК и стимулируя более молодые клетки перемещаться, чтобы образовать новые биопленки в более благоприятном месте.