Унікальні бактерії, що живуть як єдиний організм

У світі мікроорганізмів щойно зроблено вражаюче відкриття, яке може докорінно змінити наше розуміння еволюції життя. Вчені з Монтанського державного університету виявили унікальну групу бактерій, відомих як багатоклітинні магнетотактичні бактерії (ММБ), які демонструють надзвичайно складну соціальну поведінку.

На відміну від переважної більшості бактерій, які існують як поодинокі клітини, ці мікроорганізми створюють унікальні консорціуми — складні угруповання, де кожна клітина виконує специфічну функцію. Дослідження показало, що клітини всередині такого консорціуму не є клонами, як раніше вважалося, а навпаки — мають різноманітний генетичний склад.

Команда дослідників на чолі з екологічним мікробіологом Джорджем Шайблом провела глибокий аналіз метагеномів 22 бактеріальних консорціумів, відібраних з мулистих відкладень припливної солоної marsh у штаті Массачусетс. Результати дослідження вразили науковців своєю складністю та подібністю до організації складних біологічних систем.

Кожен консорціум формує сферичну структуру з порожниною всередині, яка нагадує бластоцисту — ранню стадію ембріонального розвитку. Однак на відміміну від ембріона, кожна клітина залишається окремим організмом, водночас будучи невід'ємною частиною цілісної системи.

Найцікавішим виявився механізм метаболічного поділу праці всередині консорціуму. Різні клітини мають різні генетичні здатності та можливості споживання вуглецю, що дозволяє угрупованню бактерій ефективно адаптуватися до мінливих умов навколишнього середовища. Одні клітини можуть метаболізувати певні субстрати, наприклад, ацетат, і потім ділитися ресурсами з іншими клітинами через міжклітинний простір.

Дослідники припускають, що така складна організація могла сформуватися під впливом постійних змін у середовищі припливної солоної marsh. Різноманітність генів та метаболічних здатностей дозволяє консорціуму ефективно реагувати на зміни вітру, води та погодних умов.

Важливо зазначити, що клітини всередині консорціуму демонструють різні швидкості споживання субстратів та локалізованої білкової активності. Це вказує на глибоку метаболічну диференціацію, яка нагадує поділ праці в людських спільнотах або функціонування органів у складному організмі.

Вчені порівнюють цю систему з людською спільнотою, де кожен член має унікальні навички та обов'язки. Якщо б кожна людина мусила самостійно займатися вирощуванням їжі, полюванням та будівництвом, виживання було б надзвичайно складним. Так само і в бактеріальному консорціумі — взаємодія та взаємодопомога є ключем до виживання.

Дослідження, опубліковане в науковому журналі PLOS Biology, відкриває нові горизонти в розумінні еволюції життя. Ці бактерії можуть слугувати свого роду «перехідною ланкою» між простими одноклітинними організмами та складними багатоклітинними формами життя.

Подальші дослідження планують використати моделювання для вивчення потенційних метаболічних мереж всередині консорціуму, що допоможе глибше зрозуміти механізми взаємодії та співіснування мікроорганізмів.