Бактерії обмінюються білками, щоб обдурити антибіотики.
Стрес запускає цей процес.
Коли антибіотики атакують мікроорганізм, його сусіди впадають у паніку. Але не так, як ми очікували. Вони не просто «вкопуються в землю» і чекають на гірше. Вони тягнуться один до одного. Вони діляться білками.
Звучить шалено, я знаю. Ми завжди знали, що бактерії обмінюються ДНК. Горизонтальне перенесення генів – це класика мікробіології. Нам відомо, що вони передають гени стійкості, наче сувеніри на вечірці. Проте вчені давно підозрювали наявність більш темного та складного рівня взаємодії. Можливо, вони обмінюються функціональними білками. Вважалося, що «вантажівками» для доставки є крихітні рідкі бульбашки — везикули. Жирова мембрана, білковий вантаж – цип-цип, і немає.
Але де докази?
Їх не було.
“[Якщо озирнутися назад], не було жодних доказів”, – говорить Крістофер Герман, мікробіолог з Медичного коледжу Бейлора. Поки що. Він і його команда щойно опублікували статтю в журналі Science, в якій нарешті зафіксували цей процес. Наживо. Якщо можна так сказати, на плівку.
Пастка
Герман та його колеги поставили пастку. Просту. Елегантний. Вони використовували дві популяції E. coli (кишкової палички).
Перша група – реципієнти. Ці бідолахи несли зламаний ген. Інвертований, марний, німий. Без функціональної версії цього конкретного гена не могли переробляти галактозу — просту цукор. По суті вони голодували, позбавляючись цього конкретного джерела енергії.
Потім донори. Ці хлопці мали зброю: Cre-рекомбіназу. Білок здатний виправляти інвертовані гени. Він діє як ножиці та клей. Він вирізує та вставляє ген, повертаючи його в робочий стан. Якщо клітина реципієнт отримувала цей білок Cre, вона могла переключити ген назад. Вмикався «режим бенкету».
Ось у чому каверза. Перенесення ДНК тут не спрацювало б. Реципієнтам був потрібен саме білок, щоб вирішити негайну проблему. Вони мали фізично отримати Cre-рекомбіназу від донора.
Експеримент, здавалося, приречений на провал. Або на нудьгу.
«[Герман] поїхав у відпустку. Я була у лабораторії. Думаю, ми нічого не очікували», – згадує провідний автор дослідження Аліса Вен.
Вони спостерігали за чашками Петрі. Минали дні. І раптом. Повільно, болісно з’явився сигнал. Бактерії дійсно ділилися. Білок Cre рухався. Реципієнти їли галактозу. Обмін відбувся.
Хоча і страшенно повільно. То був не потоп, а крапля.
Поки що тиск не зріс.
Ефект антибіотиків
Киньте антибіотики у цю суміш.
Подивіться на реакцію.
Швидкість передачі злетіла. У чотири тисячі разів. Це не флуктуація. Це панічна реакція. Стрес від ліків змушує колонію вступити в шалений обмін ресурсами.
У дикій природі це ділить бактерій на два племені. Мучеників та сплячих.
Більшість клітин реагують, скидаючи везикули. Вони вивантажують білковий вантаж у довкілля, залишаючи себе беззахисними. Це своєрідний пакт самогубців, але вантаж потрапляє до сусідів. Тим часом інші клітки затихають. Вони припиняють розмноження. Вони зупиняють виробництво білка, щоб сховатися від ліків. Вони перебувають у сплячому стані, тендітні та потребують допомоги.
Герман вважає, що везикули доставляють інструменти ремонту. ДНК-полімерази. Те, що цим сплячим клітинам потрібно, щоб перезапустити життя, коли бомбардування припиниться. Живі годують сплячих. Це працює навіть на межі між видами.
Чому?
Хтозна. Щиро кажучи, ми не знаємо.
“Ми просто знаємо, що це відбувається”, – каже Відень.
Можливо, це питання виживання популяції. Одна клітина вмирає, щоби інші жили. Чи, можливо, це егоїзм у тонкій формі. Можливо, клітина захоплює білок сусіда, щоб випробувати його. Мікробна безкоштовна пробна версія. Перш ніж наважитися на крадіжку постійного майна, такого як ДНК, вона спочатку приміряє навички сусіда.
І це працює. Ось у чому річ.
Лоран Ван Мелдерен із Вільного університету Брюсселя не брала участі у дослідженні. Вона спостерігала збоку. Те, що вона бачить, їй подобається.
Це дуже елегантний спосіб довести існування передачі білків. Я впевнена, що вони мають рацію», — каже вона.
Контрольні групи були суворими. Без лазівок. Висновок стійкий. Коли справи йдуть погано, бактерії діляться своїм “залізом”. Вони передають естафету. Вони поділяють навантаження.
Ми зазвичай думаємо про виживання найсильнішого як про індивідуальний вид спорту. Поодинці. Найсильнішому. Але тут, на мікроскопічному рівні, спільнота важливіша за окремий індивід. Вони створюють мережу безпеки з жиру та білка.
Це змушує нас запитати себе: хто ж справжній ворог?
