Бактерии убивают друг друга трофейным оружием

Биохимики раскрыли тактику химической борьбы одних бактерий с другими за место под солнцем. Возможно, в будушем ученые придумают, как поставить микробные войска на службу человеку.

В социальной жизни бактерий присутствует как кооперация, так и конкуренция. Способность бактерий вести друг с другом химические войны известна давно. Исследователи из Университета Северной Каролины (University of North Carolina) в Чапел-Хилле (Chapel Hill) и Калифорнийского университета (University of California) в Санта-Барбаре выяснили детали ведения этих войн и особенности устройства бактериального химического оружия. Теперь ученые обдумывают, как использовать микробное оружие с пользой для человека.

Яды и противоядия

«Наши результаты показали, что все устроено намного сложнее, чем считалось ранее, -- говорит Пегги Коттер (Peggy A. Cotter), доцент микробиологии и иммунологии Калифорнийского университета. – Бактерии сражаются друг с другом, используя «отравленные стрелы», причем яд в наконечниках этих стрел у каждой бактерии свой. Но против каждого яда есть противоядие (иммунный белок), благодаря которому бактерия устойчива к своему же яду».

Эту систему впервые обнаружили у бактерий кишечной палочки E. coli. Клетки определенного штамма бактерий выделяли в окружающую среду некое вещество, которое подавляло рост бактерий другого штамма. Ученые выяснили, что система состоит из трех компонентов: собственно яд -- белок CdiA; белок CdiB, который облегчает выделение белка CdiA с поверхности клетки; иммунный белок CdiI, который нейтрализует действие белка CdiA. Но это общее представление. А механизмы, по которым действуют все эти белки, до сих пор известны не были.

Теперь биологи показали, что белок CdiA подавляет рост других бактериальных клеток при контакте с ними С-концом (несущим свободную карбоксильную группу СООН). В других бактериальных клетках при этом активизируются ферменты нуклеазы, разрушающие ДНК. В результате их деятельности, в частности, уничтожаются плазмиды – дополнительные кольцевые бактериальные ДНК.

Война с чужими под защитой своих

Иммунный белок CdiI инактивирует активный конец белка только своей или родственной бактерии, ориентируясь на особенности аминокислотной последовательности. То есть, иммунный белок подавляет токсин только своего штамма, чтобы избежать самоотравления бактерии. Ученые проанализировали аминокислотную последовательность белка CdiA и нашли, что критическим для опознавания его иммунным белком служит участок из 12 аминокислот на С-конце белка. Если лишить белок CdiA этой метки, то иммунный белок на него не подействует, и бактерия погибнет от самоотравления. По мнению ученых, это примитивная форма родственного отбора: бактерии убивают чужих, но не трогают своих.

Оружие врага надо использовать

Оказалось, такая система широко распространена среди разнообразных микроорганизмов, в том числе и среди патогенных. Интересно, что некоторые бактерии используют не один, а сразу несколько белков-токсинов и нейтрализующих их иммунных белков. Ученые полагают, что они приобретают дополнительное оружие путем горизонтального переноса генов. «Это можно сравнить с тем, что племя, победив своих врагов, забирает себе их отравленные стрелы и включает их в свой арсенал», -- объясняет Коттер.

Специалисты считают, что раскрыв «военные секреты» бактерий, можно использовать их во благо человечества. «Возможно, когда-нибудь нам удастся сконструировать непатогенный микроорганизм, снабдив его оружием против патогенных бактерий. И запустить это микробное войско в окружающую среду для ее обеззараживания», -- говорит Коттер.

Статья про то, как бактерии ведут химическую войну, опубликована в последнем выпуске Nature.