Ученые установили механизмы, которые участвуют в образовании складок на бактериальных биопленках и научились формировать из них узоры. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, а ее краткое содержание приводит ScienceNow.
Авторы работали с почвенной бактерией Bacillus subtilis, которая, как и многие другие бактерии, способна при определенных условиях образовывать биопленки. Ученых интересовал механизм, благодаря которому на их поверхности образуются характерные складки.
Известно, что под складками содержится значительное количество мертвых клеток, однако до сих пор было не понятно - является ли это причиной или следствием их образования.
Ученые вводили множество мутаций в геном Bacillus subtilis и наблюдали эффект, который выключение отдельных генов оказывают на формирование пленок. При этом авторы измерили в пленках механическое напряжение, которое сопровождает формирование складок.
Оказалось, что образование складок вызывается массовой локальной гибелью бактерий. В том месте, где клетки погибают, механическое напряжение вызывает образование вертикального выпячивания, которое превращается в складку. Этот процесс регулируется 32 генами, большинство из которых участвует в синтезе внеклеточного матрикса - веществ, которые окружают клетки. Локальное перенасыщение матрикса клетками вызывает их гибель, что, в свою очередь, стимулирует формирование складок. Управляя локальной концентрацией, исследователи научились образовывать на биопленках складки произвольной формы.
Биопленки интересуют ученых не только потому, что часто определяют патогенность микроорганизмов. Помимо клинического, они представляют эволюционный интерес: биопленки являются высшими формами взаимодействия одноклеточных организмов, в некотором смысле промежуточными формами между одноклеточными и многоклеточными организмами.
Как показывают результаты последнего исследования, в биопленках могут наблюдаться даже примеры локализованной гибели клеток, напоминающие апоптоз. Главным отличием этого процесса от характерного для животных апоптоза является отсутствие очевидного преимущества, которое могли бы нести складки всему бактериальному сообществу.