У хищной морской бактерии нашлись «абордажные крюки» и «пушки»

Нитевидная бактерия-пират Aureispira. ETH Zurich

​В новом исследовании ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) под руководством Мартина Пилхофера, профессора кафедры биологии, и его коллег Юн-Вей Лиена и Грегора Вайса представили еще одного из этих редких бактериальных хищников: нитевидную морскую бактерию Aureispira.

Бесчисленные бактерии населяют Мировой океан, и все они сталкиваются с одной и той же проблемой: питательные вещества, необходимые им для роста и размножения, скудны и неравномерно распределены в окружающих водах. Некоторые бактерии при недостатке питания превратились в настоящих охотников за другими микроорганизмами. Но таких бактерий-хищников пока описано очень мало, и каждый новый вид вызывает настоящее удивление у исследователей.

Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) проанализировали необычный арсенал оружия, которым располагает хищная морская бактерия. Возможно, когда-нибудь это оружие можно будет использовать и в медицине.

Стратегия питания хищных бактерий очень успешна, до сих пор исследователи обнаружили лишь несколько видов хищных бактерий. Один из них — почвенная бактерия Myxococcus xanthus; другой — Vampirococcus, который высасывает свою жертву, как вампир.

Бактерия, которая ведет себя как пиратский корабль

Криоэлектронная томограмма (слева) и 3D-модель (справа) бортового орудия хищной бактерии Aureispira.

Yun-Wei Lien / ETH Zurich

В новом исследовании ETH Zurich под руководством Мартина Пилхофера, профессора кафедры биологии, и его коллег Юн-Вей Лиена и Грегора Вайса ученые представили еще одного из этих редких бактериальных хищников: нитевидную морскую бактерию Aureispira.

Среди молекулярных структур, которые исследователи выявили у Aureispira, есть такие, которые напоминают крюки для захвата и служат аналогичной цели. У бактерии также есть своеобразная бортовая пушка, с помощью которой она убивает свою жертву.

Словно пиратский корабль в поисках потенциальной жертвы, Aureispira стремительно скользит по твердым поверхностям к своей добыче, например бактериям Vibrio. Если нападающий сам свободно плавает в воде, он ждет, пока его жертва приблизится. Как только происходит близкий контакт, крючки запутываются в жгутиках жертвы, и она уже не может освободиться.

Через несколько секунд Aureispira выстреливает из своих бортовых пушек, чтобы пробить дыры в мембране бактерии Vibrio. В сотрудничестве с лабораторией профессора ETH Романа Штокера исследователи смогли показать, что компоненты клеток, которые вытекают из жертвы, быстро поглощаются хищником. «Вся эта сцена напоминает пиратский набег на чужой корабль», — говорит Пилхофер.

Только при низкой концентрации питательных веществ в окружающей среде Aureispira становится хищной. Пока питательных веществ достаточно, пиратская бактерия воздерживается от ловли добычи и не использует свое оружие. Однако если посадить бактерию на диету, она начинает охотиться и готовит к атаке свои пушки и крючья.

Ученые называют такой избирательно-хищнический образ жизни иксотрофией. Совместно с группой Мартина Польца из Венского университета исследователи также смогли найти доказательства того, что такой хищный образ жизни встречается не только в лабораторных условиях, но и в морских образцах.

Новая визуализация раскрывает детали

Строение крючков для захвата от клеточного до молекулярного масштаба.

Yun-Wei Lien / ETH Zurich

Исследователи использовали несколько методов визуализации, включая световую микроскопию и криоэлектронную микроскопию, чтобы понять функции и молекулярную структуру крюков и пушек. Этот метод позволил сохранить и проанализировать молекулярные структуры. С помощью усовершенствованной версии метода можно даже определить молекулярную структуру белков, из которых состоит оружие бактерий.

На схеме показан процесс охоты Aureispira — от захвата до убийства добычи.

Yun-Wei Lien, et al. Science

Борьба с цветением водорослей

Чем полезны полученные результаты? «Прежде всего, это фундаментальное исследование, вызванное нашим любопытством», — говорит Пилхофер. Он и его коллега и соавтор Грегор Вайс уже десять лет работают над изучением сократительных инъекционных систем — так называют бортовые пушки пиратской бактерии.

У других хищных бактерий сократительные инъекционные системы часто даже заряжены токсинами, чтобы немедленно убить жертву. Известно, что некоторые хищные бактерии охотятся на цианобактерий или сине-зеленые водоросли. Это означает, что их можно использовать для борьбы с цветением водорослей или для остановки массового распространения бактерий Vibrio. «Эти бактериальные хищники очень эффективны в своей работе», — говорит Вайс.