Бактерии оказались метаболическими индивидуалистами

Микробы, обладающие практически идентичным геномом и живущие в одинаковых условиях, могут использовать разные метаболические пути. Хотя такой индивидуализм обходится им недешево, он помогает выживанию популяции в целом – к такому выводу пришли авторы работы, опубликованной журналом Nature Microbiology.
Практически все живые организмы существуют в условиях постоянных изменений, в том числе – количества и состава доступных питательных веществ. Такие ресурсные флуктуации заставляют клетки то и дело корректировать свой метаболизм, адаптируясь для выживания в новых условиях. Однако альтернативой этой постоянной «перестройке» может быть фенотипическая гетерогенность популяции, при которой часть ее представителей использует метаболические пути, подходящие не для текущих, а для возможных будущих условий. Новое подтверждение этому получили микробиологи Швейцарской высшей технической школы Цюриха, работающие в команде профессора Мартина Экерманна (Martin Ackermann).
Авторы исследовали условно-патогенные энтеробактерии Klebsiella oxytoca, широко встречающиеся и в окружающей среде, и в человеческом организме. Эти микробы обладают способностью к азотфиксации – восстановления молекулярного азота атмосферы до соединений аммония, подходящих для построения белков и других биологических макромолекул. Однако этот процесс требует высоких энергетических затрат, и считается, что клебсиелла должна прибегать к нему лишь в условиях азотного «голодания», при отсутствии более просто усваиваемых форм азота. Ученые выращивали бактерии в среде с различным содержанием солей аммония, следя за метаболизмом отдельных клеток с помощью масс-спектрометрии вторичных ионов.
Показано, что даже умеренный дефицит аммония заставляет некоторые клетки в популяции переходить к энергозатратным процессам азотфиксации. В случае, если ситуация обострится и обернется настоящей нехваткой аммония, эти клетки сохраняют достаточно высокие темпы роста, так что популяция в целом продолжает увеличиваться. По словам авторов, такой результат свидетельствует о том, что фенотипическая гетерогенность позволяет прокариотам эффективно решать сразу две важные задачи: существования в условиях ограниченной доступности определенных ресурсов и непредсказуемых изменений этих условий.