Разбираем мир микробиологии по кусочкам
Микробы в сыре – постоянное соревнование или мирное сотрудничество?
Микроорганизмы обитают повсюду: на нас, внутри нас, и вокруг нас. Технология секвенирования ДНК позволила ученым описать композицию микробных сообществ в экосистемах, а также подчеркнуть их разнообразие и причудливость. Однако, бóльшая часть нашего понимания о микробиологии и молекулярной биологии берет свое начало из исследований, в которых используются хорошо изученные и относительно простые виды бактерий, как, например, кишечная палочка (Escherichia coli). Доступные техники изучения микроорганизмов недостаточно продвинуты для исследования сложных межвидовых контактов между бактериями в природе. Таким образом, понимание взаимодействия бактериальных сообществ, состоящих из различных видов бактерий, требует иного подхода. Многие ученые предприняли попытки создания простых модельных сообществ, полученных из продуктов ферментации, как, например, сыр. Пока сыр проходит стадию созревания, бактерии и грибки формируют на его поверхности биопленку (хотя многие называют это слой “сырная кожура”).
Ученые из лаборатории Даттона использовали кусочки сырной кожуры для изучения процесса развития микробных сообществ,. В своем недавнем исследовании, группа во главе с постдоком Эмили Пирс применила в эксперименте разработанное ими модельное сообщество на основе микроорганизмов, найденных на кожуре сыра. Такая модель помогла выявить гены, играющие важную роль в поддержании роста бактерий в присутствии грибковых культур. Одним из видов тестируемых бактерий была кишечная палочка. Использование именно этого вида позволило ученым применить уже доступные практики по изучению генов этого организма. Гены, присутствие которых было необходимо для роста бактерий, пролили свет на динамику взаимодействия бактерий и грибков.
В природе существуют среды обитания, где ионы железа в дефиците и не являются легкодоступными. Жизнедеятельность микроорганизмов, обитающих в таких условиях, зависит от сидерофоров, веществ, выделяемых микроорганизмами для поисков ионов железа и поддержания роста клеток2,. Исследовательская группа обнаружила, что если бактерия Е.coli имеет мутацию в гене, ответственного за выработку сидерофора, последующие клетки этой бактерии будут развиваться с дефектами. Однако, если эти же клетки с мутациями растут вместе с грибками, дефекты роста не будут обнаружены (Изображение 1, слева). В отсутствии способности выработки собственного сидерофора, E.coli необходимо использовать другой источник производства. Как оказалось, кишечная палочка имеет возможность программирования отдельной транспортной системы, которая позволяет бактериям поглощать часть сидерофоров, производимых грибками,. А если E.coli имеет мутации в системе поглощения любого вида сидерофоров (бактериальных или грибковых), грибковые культуры не смогут “прийти на помощь” и обеспечить рост бактериальных клеток (Изображение 1, справа). Генетические тесты показали, что бактерии извлекают пользу из грибковых сидерофоров для поддержания своего роста (особенно в отсутствии собственных сидерофоров). Более того, группа Даттона подчеркнула, что такое сотрудничество бактерий и грибков часто встречается в природе. Например, грибки, обитающие в почве, могут пожертвовать свои сидерофоры почвенным бактериями.
Результаты этого исследования подтверждают, что партнерские отношения между бактериями и грибками сложны по своей природе, поскольку каждый тип взаимодействия варьируется между различными комбинациями бактериальных и грибковых культур. Дополнительные эксперименты в этой области показали, что некоторые виды партнеров-грибков имеют возможность подавлять рост бактерий за счет производства антимикробных веществ (Изображение 2). Тем не менее, Пирс и ее коллеги смогли подчеркнуть две основные черты, которые объединяют различные комбинации отношений между бактериями и грибками: 1) конкуренция за питательные вещества (такие как аминокислоты и витамин биотин), и 2) совместное использование сидерофоров (Изображение 2). Множество вопросов о том как происходит взаимодействие между бактериями и грибками все равно остаются неотвеченными. Подход к изучению микробов как сообщества (например, как сообщества на сырной корке) будет иметь важное значение для понимания того, как микробные сообщества развиваются и функционируют в естественных условиях.
WORKS CITED
1. Wolfe BE, Button JE, Santarelli M, Dutton RJ. Cheese rind communities provide tractable systems for in situ and in vitro studies of microbial diversity. Cell. 2014;158: 422–433. doi:10.1016/j.cell.2014.05.041
2. Pierce EC, Morin M, Little JC, Liu RB, Tannous J, Keller NP, et al. Bacterial–fungal interactions revealed by genome-wide analysis of bacterial mutant fitness. Nat Microbiol. 2021;6: 87–102. doi:10.1038/s41564-020-00800-z
3. Neilands JB. Siderophores: Structure and function of microbial iron transport compounds. J Biol Chem. 1995;270: 26723–26726. doi:10.1074/jbc.270.45.26723
4. Sauer M, Hantke K, Braun V. Ferric-coprogen receptor FhuE of Escherichia coli: Processing and sequence common to all TonB-dependent outer membrane receptor proteins. J Bacteriol. 1987;169: 2044–2049. doi:10.1128/jb.169.5.2044-2049.1987
5. Fecker L, Braun V. Cloning and expression of the fhu genes involved in iron(III)- hydroxamate uptake by Escherichia coli. J Bacteriol. 1983;156: 1301–1314. doi:10.1128/jb.156.3.1301-1314.1983
Перевод был сделан Марией Мартыновой
micro-bites.org 