Опубликовано пользователем сайта

Круто!

Бактерии устроили массовый суицид для спасения сородичей в войне клоно

24
Бактерии устроили массовый суицид для спасения сородичей в войне клоно

В ходе борьбы между различными клонами бактерий до 95 процентов клеток в колонии могут совершить самоубийство — разрушить собственную мембрану. Перед этим они накапливают белок, токсичный для соперников, и его выделение защищает остальную колонию. Наибольшая массовость суицидов происходит на фронте сражения, где бактерии все равно бы погибли от ядов, которые выдяляют их конкуренты. Препринт статьи выложен на сервисе bioRxiv.

Обычно естественный отбор отсеивает склонность к действиям, которые приводят к смерти актора. Однако в природе встречаются виды, которым свойственно суицидальное поведение: например, общественные насекомые (термиты или муравьи) или бактерии. Последние разрушают мембраны собственных клеток, чтобы выделять токсины, смертельные для соперников. Эволюционная выгода таких действий понятна, если только небольшая часть колонии подвергает себя лизису, чтобы защитить остальных. Однако определить, какие клетки убили себя сами, а какие погибли от действий противников, не так-то просто.

https://thumbs.gfycat.com/PastTangibleBluebird-size_restricted.gif

Токсичные вещества, которые бактерии выделяют при лизисе, называются бактериоцины, они специфичны для разных штаммов. Escherichia coli продуцирует широкий спектр белков колицинов, они экспрессируется с небольших плазмид (отдельных кусков ДНК, которые находятся в цитоплазме клетки). Производство колицинов запускает защитная SOS-система бактерии в ответ на повреждение ДНК. Выделение токсинов можно спровоцировать искусственно, если воздействовать на колонию агентами, которые повреждают ДНК. Но и природные колицины убивают клетки бактерий как раз через нарушение ДНК, чем запускают ответную продукцию колицинов. Такое противостояние напоминает настоящие боевые действия между колониями бактерий.

Элиза Гранато (Elisa Granato) и Кевин Фостер (Kevin Foster) из Оксфордского университета нашли способ отличать бактерий-самоубийц от жертв действий противников. Оказалось, что известный краситель йодид пропидия, который флуоресцирует при связывании с ДНК, проникает только в клетки, лизирующиее свою мембрану самостоятельно. Таким образом, по интенсивности свечения можно оценить число суицидов. Кроме йодида пропидия, ученые вводили в клетки бактерий плазмиды, которые кодировали зеленый флуоресцентный белок. Экспрессия этого красителя запускалась тогда же (с тем же промотором), когда и производство колицина Е2.

Исследователи оценивали динамику выделения колицина Е2 и лизиса в почти восьми тысячах клеток одного штамма бактерий в ответ на колицин Е8, который продуцирует конкурентный штамм. Затем ученые создали поле сражения для двух конкурирующих клонов бактерий, чтобы посмотреть, как клетки реагируют на неравномерное воздействие токсинов во времени и пространстве в реальных условиях. Одну сторону представляли бактерии, которые производят колицин Е2 (в качестве контроля использовали бактерии, которые вообще не выделяют токсины), а другую — те, чье оружие — колицин Е8.

Чтобы проверить, будут ли бактерии лизироваться, если в их арсенале не будет оружия, исследователи использовали генетически модифицированный штамм, в котором не было плазмиды колицина Е2. Колонию высадили на субстрат, в котором концентрация колицина Е8 была градуальной, как и на поле битвы двух клонов.

В клетках, которые лизировали свою мембрану, в течение примерно 50 минут до разрушения постепенно возрастало свечение зеленого флуоресцентного белка, что соответствовало накоплению колицина Е2 в цитоплазме. Затем мембрана начинала разрушаться, в результате чего резко возрастал уровень связанного с ДНК йодида пропидия, а зеленый краситель вытекал из клетки.

 

Свечение зеленого флуоресцентного белка (соответствует накоплению колицина E2, зеленый) и йодида пропидия (соответсвует лизису клетки, розовый). За ноль принято время лизиса

Авторы работы выделили три вида реакции бактерий на колицин Е8: отсутствие деления с негативной (убитые колицином клетки) или позитивной (суицид) реакцией на йодида пропидия, и делящиеся клетки, в которые маркер ДНК не входил (живые). При выскоких концентрациях токсина большинство клеток немедленно погибло и лишь 6,3 процента совершили самоубийство. Однако, когда ученые стали снижать количество колицина Е8, лизировали свои собственные клетки до 95 процентов колонии (в среднем 84,7 процента). При самых низких концентрациях токсичного белка доля выживших клеток ожидаемо возросла, а процент суицидов составил 21,9.

 

Реакция бактерий на различные концентрации колицина Е8 (горизонтальная ось). Вертикальная ось - процент клеток: голубой - живых, серый - убитых, розовый - лизировавших себя

Когда две колонии бактерий соперничали между собой, в клетках контрольного штамма уровень йодида пропидия был низким. Эти организмы не выделяют токсины, поэтому и суицидальное поведение для них не оправдано. Лизис же клеток, которые производили колицин Е2, зависел от того, как близко они находились к фронту сражения. Самый высокий уровень самоубийств (97,3) был у бактерий, которые располагались примерно в 0,5 миллиметра от границы колоний, на самом краю лизировали себя 75,5 процентов клеток. Видимо, бойцы передовой погибали сразу после начала сражения, так как концентрация колицина противника там была самой высокой. А глубже, куда токсин проникал не так быстро, клетки успевали накапливать колицин Е2 и лизироваться для защиты тыла.

Клетки, которые не могли производить колицин Е2 из-за остутствия необходимой плазмиды, погибали при высоких концентрациях колицина Е8. Наибольшую массовость бактериального суицида наблюдали при таких же условиях. То есть бактерии, которые находились недалеко от фронта сражения колоний, все равно погибли бы от токсинов соперников. Однако, пожертвовав собой до этого, они защитили другие клетки своего штамма. Это объясняет эволюционную природу столь странного явления — самолизируются те клетки, репродуктивная ценность которых и так крайне низка.

Наш иммунитет умеет использовать суицидальные программы других организмов для защиты: при попадании спор плесени в организм млекопитающих его клетки подавляют работу белка, который не дает грибам совершить самоубийство, и те погибают.

https://media.giphy.com/media/74ExXfqsbJ8l2/giphy.gif

 

Оставьте свой голос:

238
+

Комментарии 

Войдите, чтобы прокомментировать

Lux_Gr
Lux_Gr

Слушайте, со Сплетник ом не нужны уже другие подписки..
На этом ресурсе есть, ну просто ВСЕ Е!!!

ontheheath
ontheheath

Lux_Gr, ну не только же в бирюлево стекловату читать. когда в след раз ититьки будут ржать над салатницами, вы им парируйте - А ОСВЕДОМЛЕНЫ ЛИ ВЫ, ДЕТОЧКА, О НОВЕЙШИХ НОВОСТЯХ В МИРЕ БИОЛОГИИ??))

ontheheath
ontheheath

Lux_Gr, *чесать

Bezdushnaya
Bezdushnaya

Природа мудра и прекрасна

ontheheath
ontheheath

Bezdushnaya, да, не перестаю удивляться

Fox12
Fox12

Bezdushnaya, у нее было время такой стать. А сколько было экспериментов и тупиковых решений. Миллиардная масса. И в конце неудачный эксперимент просто уничтожался. Природа жестока - не жизнеспособен иди не приспособлен - в утиль. Но с человечеством она конечно лопухнулась.

ontheheath
ontheheath

Fox12, я вообще буду рада, если человечество самовыпится, только другим видам жить мешаем

Fox12
Fox12

ontheheath, это что-то ненормальное - желать умереть себе и своим детям. Научиться жить, максимально не вредя природе - да, но желать всем сдохнуть? Не, это не для меня.

ontheheath
ontheheath

Fox12, вы думаете, сможем? я давно пришла к выводу, что нет.

Fox12
Fox12

ontheheath, все меньше и меньше у нас выбора. Я родилась и выросла при лозунге "Человек - венец природы!" Хорошо помню как мы смеялись, когда прочитали, что чистую воду на Западе покупают в бутылках. И если бы мне тогда сказали, что чистая вода - это золото нашей планеты, за доступ к которому надо платить, я бы не поверила.
Проблема мусора осознано в нашем государстве стала обсуждаться и хоть как-то решаться максимум 15 лет назад. Пластиковые бутылки появились не так давно, а уже осознаем сколько это несет бед. Сократилось время от осознания проблемы и до начал поиска ее решений. Это радует. До этого люди жили 10 тыс. лет осознанно уничтожая и ничего не отдавая взамен, не задумываясь. Если исчезали ресурсы в месте обитания, они просто переходили на новый участок. А теперь идти некуда. Что выбрасываем, то и едим. Поэтому я оптимист, Мы вынуждены будем снижать ущерб, ценить ресурсы и сохранять природу. Уже сейчас мышление кардинально другое, даже в сравнении с двадцатью годами назад. А уж если сравнивать с серединой прошлого века, то и подавно.

zucotuco
zucotuco

Fox12, Почему лопухнулась? Человек также сам свою численность также как бактерии регулирует, испортил окр среду- сам же заболел и сдох, нарожал много- устроил войну, половину вырезал.

Fox12
Fox12

zucotuco, человек пока ничего не регулирует, только пожирает, гадит и размножается. Но сознание и разум нам не так просто дали выжить в этой жесткой конкурентной борьбе. Осталось только найти эту тонкую грань существования не уничтожая. Пока мы эту грань не нашли. Но как никогда осознаем необходимость этого. Что уже очень важно и впервые все человечество задумалось об этом, заваленное мусором и дыша грязным воздухом. Потому что если не придумаем как достигнуть дзена, природа нас выпилит, как неспособных к жизни.

Bezdushnaya
Bezdushnaya

Да рациональная и жесткая, но человек создал духовность или наоборот, не знаю.

Fox12
Fox12

Bezdushnaya, не нужна духовность. Нужно прагматичное осознание, что мы гадим под себя.

Bezdushnaya
Bezdushnaya

Fox12, не хочу вступать в дискуссии но без одухотворенности человека вообще все бессмысленно. На прагматизме далеко не уедешь.
надо будет природа уравняет

catvizl
catvizl

Эта статья здесь, чтобы расплавленные коронавирусом, нефтью и Светой Бондарчук мозги снова заработали? Цель почти достигнута

ontheheath
ontheheath

catvizl, *здесь должна быть гифка "бинго" с хансом ландой*

Gjcjii
Gjcjii

catvizl, на короновирус я решила подействовать гомеопатическим методом "подобное лечит подобное", потому что мозги и в самом деле начинали плавится. И я решила почитать старые статьи начала 80х с историей начала СПИДА. Онень помогло, советую. Тогда истерика и заголовки в прессе жирным шрифтов тоже много мозгов поплавили

catvizl
catvizl

Gjcjii, действую на коронавирус тем, что сижу в карантинной Италии :))) жизнь заиграла новыми красками

Gjcjii
Gjcjii

catvizl, ну и Италия даже в карантине далеко не самое худшее место в мире, посмотрите на это с другой стороны

Загрузить еще

Войдите, чтобы прокомментировать

Сейчас на главной

Травля в школе, модельное прошлое, брак и две сорванных помолвки: яркие главы из жизни Светланы Ходченковой
Лето на "Сплетнике": где и как сейчас отдыхают Сальма Хайек, Анна Седокова, Алессандра Амбросио и другие
Джош Хартнетт и Тэмзин Эджертон стали родителями в третий раз
Анна Хилькевич рассказала о пережитых в подростковом возрасте домогательствах кинорежиссера
Внучка Софии Ротару показала первую фотосессию с новым бойфрендом Денисом Жадановым
"Излишний бодипозитив": как за фасадом новой этики скрываются шовинизм и мизогиния
Великий князь Георгий Романов, потомок Николая II, обручился со своей возлюбленной Ребеккой Беттарини
Варвара Шмыкова, Александра Бортич, Noize MC и другие звезды публично поддержали Алексея Навального
Квир-дизайнер, символизм цвета и яркие аксессуары: разбираем главные образы с инаугурации Джо Байдена
Кэти Перри поделилась фото с Орландо Блумом с инаугурации, а он похвалил ее за патриотическое выступление
Кристина Риччи рассказала о насилии со стороны мужа во время локдауна
Сестры Кайли и Кендалл Дженнер отдыхают в Мексике
Ирина Шейк с дочерью Леей на прогулке в Нью-Йорке: новые фото
В сети обсуждают последний модный образ Мелании Трамп в качестве первой леди США
Модная битва: Карди Би против Дженнифер Лопес
Здоровый сон, овсянка на воде и регулярные тренировки: что помогает Насте Каменских оставаться в форме
Князь Грузии Хуан Багратиони-Мухранский и его жена Кристина впервые стали родителями
Бывшая жена Арми Хаммера Элизабет Чэмберс шокирована секс-скандалом вокруг его имени: "Она живет в кошмаре"