Новости и мнения

Вверх самоубийства

Исследователи показывают, что самопожертвование бактерии может принести пользу ее сообществу, даже если ее члены не сильно связаны.

С Для Escherichia coli самоубийство может иметь преимущества в фитнесе перед лицом смертельной инфекции, даже если самоубийца окружена отдаленно родственными соседями, согласно новому исследованию, опубликованному сегодня (20 марта) в Слушаниях Королевского общества B: Биологический Наук . Исследователи продемонстрировали, что самоубийство, предназначенное для ограничения распространения вируса через бактерии, может по-прежнему приносить пользу суицидальному штамму, даже если некоторые бактериальные клетки, спасенные добровольной смертью, не связаны между собой.

«Здесь важно то, что запрограммированная смерть превосходит непрограммированную смерть на уровне, отличном от отдельной клетки, и это замечательно», – сказал в электронном письме эволюционный биолог Пьер Дюран из Университета Витватерсранда в Южной Африке, который не принимал участия в исследовании. Ученому . В исследовании прямо рассматривается, как запрограммированная гибель клеток или апоптоз могут принести пользу бактериальной популяции, показывая, как феномен «является адаптацией. , , разоблачение того, как запрограммированное самоубийство улучшает жизнь », – отметил Дюран.

Самоубийство, по-видимому, характерно для многих организмов, от бактерий, которые подвергаются запрограммированной гибели клеток, до насекомых, которые покидают свой улей, чтобы умереть при заражении патогеном. Считается, что это поведение развилось, потому что оно может принести пользу близким родственникам самоубийцы, позволяя передавать те гены, которые разделяет семья. Но вдохновленный швейцарским народным героем Винкельридом, который пожертвовал собой ради блага Швейцарии, Доминик Рефардт из Швейцарского федерального технологического института задумался, может ли самоубийство принести пользу сообществу в целом, даже если не все члены были тесно связаны.

Рефардт исследовал бактерии, которые проводят программу самоубийства при вирусной инфекции. Он сравнил два штамма бактерий E. coli и их реакцию на бактериофаг, который убивает клетки – и распространяет больше вирионов – в течение 15 минут. В одном штамме, E.coli , отдельные бактерии выполняют запрограммированную гибель клеток до того, как вирус завершает работу, предотвращая передачу вируса большему количеству клеток; в другом, E.coli HK97, бактериальные клетки цепляются за жизнь, пока вирус не убивает их, позволяя инфекции распространяться через популяцию.

В нормальных условиях штаммы росли одинаково хорошо при смешивании в жидкой культуре, показывая, что перенос генов-самоубийц, по-видимому, обходится не слишком дорого. А при заражении вирусом только смеси, содержащие не менее 95 процентов бактерий кишечной палочки, могут выжить после заражения.

Однако, в отличие от бактерий в жидкой среде, бактериальные клетки в твердом агарозном матриксе могут образовывать небольшие колонии высоко родственных клеток, популяционную структуру, которая может влиять на выживаемость во время вирусной инфекции. Конечно же, исследователи обнаружили, что в твердой среде, даже когда 1-я клетка составляла гораздо меньше, чем 95% культуры, популяция могла бы пережить вирусные инфекции, остановив распространение вируса в l-кластерах – даже когда клетки HK97 отмирали.

Чтобы определить, насколько плотно связаны между собой колонии, чтобы предотвратить распространение инфекции по всей популяции, Рефардт выращивал клетки HK97 и l в средах различной вязкости и заражал их литическим вирусом. Он использовал питательные среды, изготовленные с различным процентным содержанием агарозы, при этом более низкая агароза переводилась в более жидкую среду, позволяя клонам дрейфовать. Он обнаружил, что даже в культурах с очень низкими концентрациями агарозы, где бактериальные родственники более рассредоточены, штамм l все еще рос в изобилии, чем клетки HK97. Это говорит о том, что бактериальное самоубийство является полезной адаптацией, даже если некоторые соседние клетки, спасенные от инфекции, не являются родственниками.

«Это показывает, что альтруистическое самоубийство может работать и влиять на механизмы устойчивости» к инфекции в естественной системе, поддерживая предыдущие результаты, сделанные в несколько более искусственных системах, сказал эволюционный биолог Сильвен Гандон из Национального центра научных исследований Франции, который не участвовал В исследовании.

Полученные данные также помогают устранить эволюционное происхождение адаптивно запрограммированной гибели клеток, сказал Дюран. Первоначально предполагалось, что он является характеристикой многоклеточных организмов, это явление было продемонстрировано Дюраном и другими в одноклеточных эукариотах и ​​прокариотах, таких как E. coli Рефардта. Теперь, «авторы показывают, что даже на этой ранней стадии это может быть адаптивным», объяснил Дюран. «Можно очень философски относиться к этому, но удивительно, насколько важную роль может сыграть« добровольная »смерть в поддержании жизни».

D. Refardt et al., «Альтруизм может развиваться, когда родство является низким: свидетельство самоубийства бактерий при фаговой инфекции», Труды Королевского общества B: Биологические науки , doi: 10.1098 / rspb.2012.3035, 2013.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *