Бактерии на воле повели себя иначе, чем в лаборатории
Что происходит с бактериями, когда они переходят из лаборатории на корневую систему растения? Именно таким вопросом задались авторы нового исследования. Оказалось, при росте на корнях бактерии заметно меняют «белковый профиль», перестраивают ряд физиологических процессов. По мнению микробиологов, столь сильное расхождение поведения микроорганизмов в условиях «пробирки» и за лабораторными стенами не позволяет полностью понять их функции.
Ученые давно выращивают бактерии на искусственных средах, наблюдают за ними под микроскопом и описывают их свойства. Такой подход позволяет контролировать ход эксперимента и точно сравнивать результаты. Благодаря этому изучают не только строение клеток, но и физиологию микроорганизмов, их метаболизм, регуляцию генов и взаимодействия с другими организмами.
Но лабораторные эксперименты — одно, а естественная среда обитания — совсем другое. Между этими двумя условиями существует огромная разница.
Например, на корневой системе растения бактерия сталкивается с другими микроорганизмами и получает доступ к сложной смеси веществ, поступающих в корневую зону. В ней присутствуют сахара, аминокислоты, органические кислоты и другие соединения, причем их состав и концентрации постоянно меняются. Кроме того, бактерия реагирует на химические сигналы растения. Все эти факторы в совокупности могут существенно менять ее физиологию.
Поэтому возникает закономерный вопрос: насколько поведение бактерии, выращенной в лабораторной среде, соответствует тому, как она ведет себя непосредственно на корне растения? Микробиологи уже знают, какие гены и белки есть у многих бактерий. Но гораздо хуже изучено, какие из них микроорганизмы действительно используют, когда живут на «свободе».
Чтобы разобраться в этом вопросе, команда американских микробиологов под руководством Анны-Катарины Гаррелл (Anna-Katharina Garrell) из Университета штата Северная Каролина провела эксперимент. Исследователи взяли семь видов бактерий, ранее выделенных с корневой системы кукурузы, и сравнили их в двух принципиально разных условиях: в минимальной питательной среде в лаборатории (in vitro) и непосредственно на корневой системе растения (in planta).
Отметим, что специалисты не помещали микроорганизмы в обычную почву с естественным микробным сообществом. Они использовали стерильные растения и изучали каждый вид отдельно, чтобы оценить реакцию бактерий на условия, создаваемые корнем.
Для опыта выбрали бактерии, способные стабильно колонизировать корни кукурузы. Их геномы ранее расшифровали, поэтому исследователи могли сопоставить обнаруженные пептиды с конкретными белками. Для сравнения белкового состава бактерий в разных условиях применили метод жидкостной хроматографии с тандемной масс-спектрометрией (LC-MS/MS).
Гаррелл и ее коллеги выяснили, что при переходе из лабораторной среды на корневую систему микроорганизмы очень сильно меняют набор производимых белков. У разных бактерий доля изменившихся белков, которые удалось измерить, составила от 20 до 60 процентов. Иными словами, после такого перехода бактерии заметно перестраивали свою клеточную работу: содержание одних белков повышалось, других — снижалось.
Некоторые бактерии в естественных условиях стали активнее двигаться. Они усилили функции, которые помогают перемещаться в окружающей среде и находить подходящее место для колонизации. Другие, напротив, закрепились на поверхности корня и снизили подвижность.
Бактерии активировали разные механизмы, с помощью которых могут взаимодействовать с растением и другими микроорганизмами. Например, у Enterobacter ludwigii на корнях растения повышалось содержание фермента, связанного с высвобождением фосфата, то есть усилилась способность переводить фосфат в доступную для растения форму. У некоторых видов менялась работа систем транспорта сахаров.
Это разнообразие реакций показало, что даже близкие по происхождению микроорганизмы могут использовать разные стратегии при заселении одного растения. Проще говоря, «белковый профиль» одних и тех же бактерий существенно различался в лабораторной среде и на корневой системе кукурузы.
Команда Гаррелл призвала осторожнее интерпретировать результаты экспериментов с бактериями, проведенных в искусственных условиях. Если выращивать бактерию только в лабораторной среде, исследователь рискует увидеть не ее реальную физиологию, а лишь то, как она приспосабливается к лабораторному субстрату.
По мнению специалистов, новые данные помогут в создании более продвинутых микробиологических препаратов, которые позволят улучшить рост и устойчивость сельскохозяйственных культур. Чтобы сделать эффективное средство, недостаточно знать, какие бактерии живут на корнях. Нужно понимать, какие механизмы помогают им закрепиться на растении. Такие знания в будущем откроют путь к созданию микробных сообществ с заранее заданными полезными свойствами.
Выводы исследователей представлены в журнале mSystems.
Telegram 
Дзен 
VK Палеонтологи проанализировали кости древних копытных, живших в Южной Америке более 10 миллионов лет назад, и обнаружили на них следы укусов гигантских крокодилов. Это первое доказательство, что огромные размеры позволяли крокодилам успешно охотиться даже на тонных травоядных.
С помощью ускорителей ученые имитируют процессы, происходившие в первые мгновения жизни Вселенной. Так пытаются решить загадки наблюдаемой реальности: почему материи больше, чем антиматерии, состоят ли кварки из других частиц, как сохраняется барионное число. В этот раз анализ столкновений на коллайдере RHIC предоставил сильное свидетельство того, что барионное число переносится не кварками, а глюонной перемычкой внутри протонов.
Археологи изучили одну из погребальных камер древнеегипетской гробницы и проследили, как менялась организация захоронений от XXV династии до птолемеевского периода. Исследователи пришли к выводу, что кажущийся беспорядок в гробнице на самом деле подчинялся определенной логике.
В черепах участников битв эпохи Средневековья часто находят отверстия квадратной формы, о происхождении которых спорят специалисты. Авторы нового исследования пришли к выводу, что такое повреждение — следствие смертельного удара по голове палицей.
Анализ почти 69 тысяч видов насекомых помог опровергнуть главенствующую теорию эволюции, которая полвека объясняла устройство колоний пчел, муравьев и ос. Исследователи выяснили, что общепринятый генетический фактор сам по себе не приводит к разделению труда, а настоящий секрет их коллективного выживания кроется в совсем других биологических чертах.
У любителей кофе выявили расхождение в уровнях тестостерона: одна форма этого гормона повышалась вместе с количеством выпитого, а другая, напротив, снижалась. Результат оказался особенно интересным на фоне изменений других показателей, связанных с обменом веществ и здоровьем сердца.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Очереди на заправках стали привычным явлением в России, а на фоне информационного вакуума от властей о конкретных показателях производства бензина в июне население вынуждено ориентироваться на слухи. Все это выглядит довольно странно, но есть нюанс: скорее всего, кризис уже начинает выдыхаться. Как именно мы это выяснили?
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии