Оренбургский государственный университет

13 марта в школе «Юный биохимик и микробиолог» прошла лекция о коммуникации у микроорганизмов, которую провели доценты Ильшат Каримов и Ольга Давыдова.

До недавнего времени бактерии было принято считать изолированными одноклеточными организмами без выраженного социального поведения, но теперь стало понятно, что всё гораздо сложнее. На сегодняшний день установлено, что одноклеточные организмы не просто умеют общаться, но даже знают несколько языков, вернее, методов коммуникации. Первый способ — сугубо механический, когда одна клетка с другой общается непосредственно в процессе соприкосновения. Второй способ — физический, изучен меньше остальных. Однако есть гипотеза, что бактерии хорошо ощущают электромагнитные и низкочастотные поля, а также, возможно, могут излучать ультрафиолет, который воспринимается другими организмами и, соответственно, влияет на их поведение. А вот третий способ коммуникации — общение одноклеточных с помощью химических реакций — сейчас активно изучают микробиологи всего мира, даже составляют своего рода словари, где расписано, какие именно сообщения отправляют друг другу бактерии, синтезируя те или иные низкомолекулярные соединения.

Бактерии формируют довольно сложные сообщества, используя для общения друг с другом разнообразные химические сигналы: одна бактерия выделяет некую молекулу, которую ловит другая бактерия и в соответствии с содержанием молекулярного «письма» предпринимает какие-то действия. При этом вовсе не обязательно, чтобы такие молекулы создавались именно для «почтовых» целей — они могут быть обычным продуктом жизнедеятельности, просто микроорганизмы научились воспринимать их как социальные сигналы, сообщающие о том, как идут дела в колонии.

Таким образом можно считать, что у бактерий есть примитивный коллективный разум. Этот разум позволяет им выживать в случае, если клеткам грозит голод, шок от высокой температуры или внешний враг. В таких случаях колонии бактерий мобилизуются и начинают либо убивать врагов, либо уничтожать себя самих, чтобы ценой сокращения «лишних ртов» сохранить популяцию.

Для того чтобы «договориться» о том, когда наступает пора перейти к активным действиям, бактерии выделяют в среду особые вещества, аутоиндукторы, которые и служат сигналом к объединению в крупные скопления. Бактерии получают извне нужные им сигналы, в том числе и те, которые «мобилизуют» их, с помощью рецепторов — специализированных молекул белков, встроенных в мембрану.

Постепенно выяснились удивительные вещи. Бактерии одного вида общаются на языке, который другому виду непонятен. Но есть и некий «эсперанто» для межвидового общения. Механизм передачи сигнала универсален, и для того, чтобы «ощутить» другие химические соединения, достаточно изменить только внешнюю часть рецептора, не меняя при этом весь механизм.

Так можем ли мы управлять бактериями, а не сражаться с ними, только лишь усиливая потенциал противника? Вполне. Для этого достаточно нарушить у бактерий «ощущение кворума», то есть воспрепятствовать принятию решения большинством проголосовавших химически собратьев. Знания о том, как функционируют рецепторы бактерий, можно использовать для создания заменителей современных антибиотиков, лекарств, влияющих на способность бактерий принимать сигналы. Такие лекарства не убивают бактерии, а лишь подают им сигналы для того, чтобы те стали безвредными для организма. Так как лекарства такого типа не нарушают нормальную жизнедеятельность микроорганизмов, к ним, в отличие от классических антибиотиков, не может выработаться устойчивость.

Что же именно могут сообщать друг другу бактерии? Информацию об изменении температуры или химического состава питательных веществ? Да что угодно. Главное, что автор этого сообщения испытал стресс и решил предупредить об этом всех своих собратьев, чтобы они могли подготовиться к изменению окружающей среды. Или, например, с разных концов колонии сначала одна клеточка, затем другая начинает подавать голос: «Становится тесновато! Нас очень много! Пора проголосовать за контроль рождаемости!» Постепенно таких недовольных становится всё больше, образуется кворум для принятия нового решения, и клетки прекращают делиться, а то и вовсе убивают чересчур расплодившихся. Другие же добровольно переходят в состояние покоя или, как еще говорят, глубокого анабиоза. Анабиоз подразумевает прекращение жизни, и всё же это не смерть — в состоянии покоя клетка может находиться бесконечно долго и фактически в любых условиях.

Выходят из глубокого сна бактерии тоже коллективно — одна клетка очнется и сигналит другим: «Условия изменились, можно просыпаться». Затем начинается исследование новой среды, звучит уже известный призыв: «Внимание! Подготовиться к ускоренной адаптации!» И дальше весь цикл жизнедеятельности этого вида микроорганизмов повторяется по кругу.

Если микробы могут общаться друг с другом и принимать взвешенные решения, то почему бы и человеку не поговорить с микроорганизмами в собственном организме?! Возможно, новые данные о коммуникации с помощью химических сигналов помогут нам бороться с трудноуничтожимыми колониями вредных микроорганизмов, а также выяснить, каким путем бактерии способны вступать в «диалог» с клетками других живых организмов — растений, животных, человека.

В конце лекции для школьников провели в лаборатории кафедры биохимии и микробиологии экспериментальную оценку наличия у бактерий химических индукторов, позволяющих им обмениваться сигналами.

Приглашаем слушателей принимать участие в последующих занятиях школы «Юный биохимик и микробиолог».

Кафедра биохимии и микробиологии

Ошибка в тексте? Выделите её и нажмите «Ctrl + Enter».