Разбираем мир микробиологии по кусочкам
Микробный “автостоп”.
Этот ощущение нам всем знакомо…запах воздуха после летнего дождя. Этот запах, который в научной среде называется петрикор, состоит из химического вещества геосмин, вырабатываемого бактериями рода Стрептомицеты. Однако, эти микроорганизмы известны не только за производство геосмина. Эти бактерии являются главными производителями большинства антибиотиков, используемых в настоящее время в медицине.
В почве, их естественной среде обитания, Стрептомицеты помогают улучшить здоровье и продуктивность растений, а также поддерживать высокий уровень урожайности сельскохозяйственных культур. Их цикл роста похож на рост плесневых грибов, так как у обоих есть гифы, которые образуют мицелиальную сеть и споры (подробнее о росте гифов читайте здесь). Стрептомицеты не имеют физиологических приспособлений для передвижения. Тем не менее, они могут распространять свои споры на большие расстояния через ветер, насекомых или круглых червей в почве. Долгое время ученые ломали голову над тем, чтобы понять как Стрептомицеты перемещаются на небольшие расстояния, чтобы добраться до их среды обитания, как например, корневая система растений.
В своем недавнем исследовании, Ариан Бригель с коллегами изучили способы перемещения спор на небольшие расстояния. С помощью микроскопа, тестов на подвижность спор и генетические исследования, они продемонстрировали, что споры прикрепляются к подвижным почвенным бактериям, и используют их в качестве транспорта для перемещения! В частности, они изучили взаимодействие между бактериями Bacillus subtilis и спорами бактерий Streptomyces coelicolor, а также существующие методы прикрепления спор к жгутикам.
Ученые провели несколько экспериментов на подвижность Bacillus subtilis (в сокращении, Bs) и Streptomyces coelicolor (в сокращении, Sc), в ходе которых они рассматривали рост либо только одного организма, либо двух видов бактерий одновременно. Результаты показали, что споры Sc двигались только в сочетании с передвижением Bs, и что движение происходило в том же направлении, что и рост Bs (изображения A и B). Еще одно интересное наблюдение состояло в том, что Bs перемещает споры Sc ближе к образцу растительной ткани, как показано на изображении C, а не в случайном направлении.
Изображение B) Движение спор Sc по направлению к месту роста Bs
Изображение C) Слева: движение спор Sc из середины чашки Петри с помощью бактерий Bs, ведущее к образованию колоний рядом с корнями растений. В середине: бактерии Sc не смогли образовать колонии у корней растений без присутствия бактерий Bs. Справа: рост бактерий Bs.
TЖгутики бактерий Bs дают возможность для двух способов перемещения: плавание/скольжение (для передвижения в жидкой среде) и рояние (для передвижения по твердым поверхностям). Исследователи показали, что споры Sc “перемещаются” только тогда, когда происходит движение бактерий Bs. Чтобы продемонстрировать, как бактерии Bs могут перемещаться путем скольжения, ученые сравнили иммобилизованные Bs с неподвижными жгутиками и Bs без жгутиков. Эксперимент показал, что распространение спор происходит только за счет скользящего движения бактерий с использованием жгутиков.
С помощью электронной и флуоресцентной микроскопии, авторы подтвердили, что движение спор происходит за счет взаимодействия жгутиков бактерий и спор, а не между самой клеткой Bs и спорами Sc.
Изображение В: Доказательство того, что споры не прикрепляются напрямую к бактериям
Изображение С: Доказательство того, что жгутики и споры Sc находятся рядом друг с другом
Изображение D: Доказательство того, что жгутики бактерий напрямую взаимодействуют со спорами
Однако, бактерии Streptomyces coelicolor не единственные организмы, которые используют жгутики других бактерий для перемещения и распространения спор. Исследователи рассмотрели несколько других бактерий рода Стрептомицеты, и обнаружили, что и их споры также могут перемещаться с помощью “бактериального такси”. Но как именно это происходит?
Большинство спор бактерий рода Стрептомицеты имеют плотную оболочку, состоящая из белка родлин. Интересно заметить, что один из протестированных штаммов Стрептомицетов, Streptomyces avermitilis, не имеет таких белков, и поэтому не может перемещаться также далеко, как другие представители этого рода. Чтобы подтвердить роль родлина в процессе передвижения спор, исследователи протестировали мутированную версию бактерии Sc, у которой отсутствовал белок родлин. Результаты показали, что бактерия не смогла совершить передвижение в пространстве. Таким образом было доказано, что белок родлин играет важную роль в прикреплении спор к жгутикам.
Однако, не только бактерии Bs могут играть роль “такси” для спор. Авторы показали, что другие почвенные бактерии со жгутиками, как например Pseudomonas fluorescens, могут переносить на себе споры. Стоит отметить, что такой способ передвижения является широко распространенным механизмом, позволяющий спорам Стрептомицетов распространяться в радиусе всего лишь 1 сантиметра. Известно, что споры бактерий Sc используют для передвижения только те бактерии, чье развитие и рост связан с корням растений. Как было сказано раньше, Стрептомицеты имеют тесную связь с корнями растений, поэтому такой механизм автостопа легко обеспечивает транспортный путь к благоприятной окружающей среде. Почему бактерии нуждаются в корнях растений? Как правило, область вокруг корней богата экссудатами, и бактерии используют эти метаболиты для своего роста. В свою очередь, бактерии, и в частности Стрептомицеты, производят антибиотики, которые защищают растения от потенциальных патогенов.
Исследования в этой сфере могут иметь большое значение для промышленных производств, которые направлены на улучшение почвенных условий. Кроме того, изучение такого вида транспорта может помочь объяснить механизмы заражения растений другими спорообразующими организмами, такими как Aspergillus fumigatus или Aspergillus niger. Исследования показывают, что эти виды также взаимодействуют с подвижными бактериями в почве.
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Traduit par: Maria Martynova
micro-bites.org 