Амебы развели бактерий на защиту

Клеточный слизевик Dictyostelium discoideum – социальная амеба, организм, образующийся при слиянии одиночных амеб, которые сползаются вместе и формируют плазмодий из нескольких десятков тысяч клеток. В 2011 году она стала известна благодаря своей способности выращивать бактерии. Специалисты Университета Райса (Хьюстон, США) Джоан Страссманн и Дэвид Квеллер и их аспирантка Дебра Брок

обнаружили, что слизевик, перебираясь на новое место, переселяет вместе с собой съедобные бактерии.

(Эту новость сообщил журнал Nature). Журналисты заговорили о том, что амеба занимается фермерством, а ученых интересовали другие вопросы, в том числе бактерии, сопутствующие D. discoideum, поскольку съедобных среди них была примерно половина, а об остальных ничего толком не знали.

Теперь исследователи амебного фермерства перебрались в Университет Вашингтона в Сент-Луисе. В сотрудничестве с коллегами из Гарвардской медицинской школы они установили, что кроме съедобных бактерий амебы-фермеры привечают бактерии, выделяющие защитные химические соединения, причем и съедобные, и токсичные микроорганизмы относятся к одному виду. Работа исследователей опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

D. discoideum — почвенная амеба, которая питается бактериями и размножается простым делением.

Но в неблагоприятных условиях, например в случае, когда иссякнет пища, амебы, используя химические сигналы, сползаются вместе и формируют многоклеточный агрегат – псевдоплазмодий.

Эта капелька слизи образует плодовое тело — головку на ножке. Амебы, попавшие в головку, превращаются в споры и с высоты ножки разлетаются по воздуху.

Оказалось, что некоторые штаммы D. discoideum не съедают все бактерии подчистую, а часть оставляют на развод и прихватывают с собой в псевдоплазмодий, а затем и в плодовое тело. Бактерии разлетаются вместе со спорами слизевика, и на новом месте у амебы уже есть любимые микроорганизмы. Исследователи убедились, что речь не идет о бактериальной инфекции; упомянутые штаммы D. discoideum целенаправленно включают микроорганизмы в состав плодовых тел. Эту особенность поведения и назвали фермерством. Штаммы D. discoideum делятся на фермерские и нефермерские, причем одни никогда не переходят в другие.

Исследуя два года назад фермерство амеб, ученые использовали лабораторные штаммы бактерий, которые хорошо растут на искусственных питательных средах. Теперь же они постарались определить бактерии, заключенные в плодовых телах «диких» D. discoideum. Это было непросто, потому что не все микроорганизмы, живущие в природе, хорошо растут в лабораторных условиях. В конце концов Дебра Брок выделила из одного фермерского клона два штамма бактерий. На питательных средах они выглядели по-разному, однако оказалось, что оба относятся к одному виду Pseudomonas fluorescens. Один штамм съедобен для слизевика, другой – нет.

Несъедобные бактерии синтезируют два соединения, хромен и пирролнитрин, которые стимулируют образование спор у фермерских штаммов и подавляют его у нефермерских.

Пирролнитрин известен как антибиотик и противогрибковый препарат — возможно, он препятствует росту других почвенных организмов, которые могут конкурировать с фермерским штаммом. Получается, что амебы тащат с собой на новое место не только припасы, но и оружие и напоминают скорее не мирных фермеров, а воинственных колонистов.

Но вернемся к съедобным штаммам. Простое отсутствие хромена и пирролнитрина еще не превращает биотоксичную бактерию в пищевую. Продолжая игру в съедобное-несъедобное, исследователи секвенировали геномы обоих штаммов P. fluorescens. Оказалось, что съедобный штамм несет мутацию в одном из регуляторных генов, контролирующих работу примерно десятой части бактериального генома. Некоторые гены в результате этой мутации работают активнее, функции других подавлены.

Таким образом, съедобный штамм псевдомонад оказался мутантным производным несъедобного.

Чтобы удостовериться в этом, ученые специально ввели роковую мутацию в токсичный штамм бактерии и получили съедобных мутантов.

Амебы приобретают от этого превращения двойную выгоду. Но какой резон псевдомонадам становиться съедобными, почему мутация, приводящая к столь серьезным последствиям, не исчезла в ходе отбора? По мнению исследователей, разгадка кроется в родственной селекции. Часть бактерий съедят, но зато их уцелевшие родичи получат преимущества при расселении вместе с D. discoideum. Это альтруизм чистой воды, считают ученые. Так что миниатюрные фермеры разводят одноклеточных альтруистов.