Биопленки оказались способны рекрутировать новичков по «электронной почте»

Ученые выяснили, что биопленки способны привлекать новых бактерий в сообщество, посылая им особые электрические сигналы. Причем на такой «призыв» могут откликаться бактерии других видов, что показывает возможность межвидовой дистанционной коммуникации между микроорганизмами. Работа опубликована в журнале Cell.

Биопленка представляет собой сообщество микроорганизмов (таких как бактерии, грибки и простейшие одноклеточные), которые прикреплены друг к другу и расположены на одной поверхности. Внутри нее создаются такие условия, которые позволяют жителям колонии эффективно противостоять внешним угрозам, например нехватке воды, высокому или низкому pH или антибиотикам. Во многом это возможно благодаря быстрому обмену информацией между микроорганизмами, который может осуществляться несколькими способами.

Один из них — это «чувство кворума», то есть обмен молекулярными сигналами. Также известно, что бактерии могут общаться друг с другом посредством электрических сигналов, регулируя ионный состав среды. Не так давно ученые обнаружили, что колонии бактерий Bacillus subtilis (сенная палочка) таким образом контролируют распределение питательных веществ в биопленке. Они периодически передают соседним клеткам электрические сигналы, которые распространяются от центра сообщества к его краям и сдерживают рост внешних слоев, чтобы дать внутренним бактериям доступ к питательным веществам. Однако о том, могут ли бактерии посылать электрические сигналы микроорганизмами за пределами биопленки, до сих пор ничего известно не было.

Авторы новой работы наблюдали за взаимодействием биопленки, состоящей из бактерий Bacillus subtilis, и отдельных подвижных клеток синегнойной (Pseudomonas aeruginosa) и сенной палочки. Они заметили, что подвижные бактерии примыкают к колонии только в те моменты, когда через биопленку распространяется электрический сигнал. В случаях, когда он отсутствует, микроорганизмы проплывают мимо.

Тогда исследователи провели несколько экспериментов, которые показали, что бактерии Bacillus subtilis передают ионы калия за пределы колонии. Эти ионы, в свою очередь, изменяют потенциал клеточной мембраны удаленных микроорганизмов, тем самым управляя их движением. Причем такой способ воздействия на подвижные клетки оказался универсален: биопленка смогла привлечь не только бактерии своего вида, но и синегнойную палочку.

«Наше открытие показывает, что состав смешанных бактериальных сообществ, вроде тех, что находятся в нашем кишечнике, можно регулировать, посылая электрические сигналы. Также возможно, что бактерии и клетки кишечника общаются между собой внутри организма», — комментирует один из авторов работы. По мнению биологов, их исследование может помочь в разработке новых биомедицинских подходов к контролю поведения бактерий.

В октябре 2015 года ученые обнаружили, что археи и бактерии в сообществах, ответственных за окисление метана и восстановление сульфатов в придонных водах, связаны особыми тонкими нитями. Через них соседние организмы передают друг другу электроны. Однако о существовании «электропроводов» у бактерий впервые стало известно еще в 2009 году.

Кристина Уласович