Короткий адрес страницы: fornit.ru/2065
Содержание журнала Достижения науки, техники и культуры
Ссылка на первоисточник статьи: http://elementy.ru/news/430139.

Бактерии-альтруисты помогают своим сородичам-каннибалам себя съесть

Автор: Александр Марков
Расшифрован молекулярный механизм, регулирующий взаимоотношения в сообществе почвенных бактерий Bacillus subtilis. Их общественная жизнь полна драматизма: когда пищи становится недостаточно, одна половина бактерий убивает другую ядом. Погибшие служат пищей своим убийцам, которые не умирают от собственного яда благодаря особому защитному белку.
Группа ученых из Гарвардского университета в результате многолетних исследований выяснила генетическую подоплеку сложного социального поведения B. subtilis. Эти повсеместно распространенные почвенные бактерии относятся к числу наиболее хорошо изученных микроорганизмов. Геном «тонкой бациллы» прочтен еще в 1997 году. Его размер — 4 214 630 пар оснований, общее число генов — 4225, и функции большинства генов в общих чертах известны.
Этого, однако, недостаточно, чтобы понять механизмы, управляющие сложным поведением бациллы. Этот микроб, например, умеет при необходимости отращивать жгутики и приобретать подвижность; собираться в «стаи» (swarming behavior); принимать решения на основе химических сигналов, получаемых от сородичей; при этом используется особое «чувство кворума» (quorum sensing) — нечто вроде химического голосования, когда определенное критическое число поданных сородичами химических «голосов» меняет поведение бактерий. Мало того, B. subtilis способна собираться в многоклеточные агрегаты, по сложности своей структуры приближающиеся к многоклеточному организму.
В критической ситуации (например, при длительном голодании) бациллы превращаются в споры, устойчивые к неблагоприятным воздействиям, чтобы дождаться лучших времен. Но превращение в спору для B. subtilis — процесс дорогостоящий, требующий активизации около 500 генов, и эта мера приберегается на самый крайний случай. Ну а в качестве предпоследней меры в голодные времена микроб прибегает к убийству своих сородичей и каннибализму. Если, конечно, сородичей вокруг достаточно много, то есть плотность популяции высока. Если нет — тогда делать нечего, приходится превращаться в споры натощак.
Ученые выяснили, что при голодании у B. subtilis срабатывает особый генный переключатель, который может находиться лишь в одном из двух дискретных состояний (включено/выключено). «Переключатель» состоит из ключевого гена-регулятора Spo0A и нескольких других генов, которые взаимно активируют друг друга по принципу положительной обратной связи.
Активизация Spo0A приводит к целому каскаду реакций, в том числе к производству клеткой токсина SdpC, убивающего тех бацилл, у которых «переключатель» выключен. Тут вся хитрость в том, что голодание приводит к активизации Spo0A только у половины микробов. Погибшие клетки распадаются, высвободившиеся из них органические вещества всасываются убийцами. Если никаких перемен к лучшему так и не произойдет, они теперь, по крайней мере, будут превращаться в споры сытыми.
До сих пор было неясно, почему токсин убивает только тех бацилл, которые его не выделяют (то есть тех, у кого Spo0A не активирован). И вот что выяснилось. На мембране бацилл сидит защитный белок SdpI, выполняющий сразу две функции. Во-первых, он защищает клетку от токсина SdpC (просто хватает молекулы токсина и держит, не дает им ничего делать). Во-вторых, молекула белка SdpI, схватившая молекулу токсина, изменяется таким образом, что другой ее конец (торчащий из внутренней стороны мембраны) хватает и удерживает молекулы белка SdpR, функция которого состоит в том, чтобы блокировать производство защитного белка SdpI.
Таким образом, схватывание защитным белком молекулы токсина приводит к инактивации белка, тормозящего производство защитного белка. То есть чем больше будет токсина, тем больше клетка будет производить защитного белка. А как только токсин в окружающей среде закончится, молекулы SdpR перестанут инактивироваться, и производство защитного белка остановится.
По молекулярно-биологическим меркам это — крайне простой регуляторный каскад, проще некуда. Так бациллы защищаются от собственного токсина. А почему же бациллы с выключенным Spo0A оказываются незащищенными? Оказывается, синтез спасительного SdpI у них блокируется еще одним белком — AbrB. Отключить AbrB можно только путем включения Spo0A; поэтому клетки с выключенным Spo0A просто-напросто обречены.
На наш взгляд, самым интересным тут является даже не каннибализм бацилл-убийц, а альтруизм бацилл-жертв, которые отключают себе всё, что только можно, лишь бы помочь своим сородичам себя съесть.
Казалось бы, естественный отбор должен способствовать закреплению в потомстве признака «Spo0A включается при голодании» и отбраковывать особей с противоположным признаком. Действительно, ведь первые выживают и оставляют потомство, а вторые погибают, и так раз за разом, при каждой очередной голодовке. Однако генный «переключатель» упорно остается настроенным так, чтобы включаться при голодовке только в 50% случаев. Ведь если все особи в популяции захотят стать каннибалами, а жертвами — никто, то всё мероприятие потеряет смысл, есть будет некого. Интересы общества, как водится, оказываются выше личных, и каннибализм одних расцветает лишь благодаря альтруизму других.
Источник: C. D. Ellermeier, E. C. Hobbs, J. E. Gonzalez-Pastor, R. Losick. A Three-Protein Signaling Pathway Governing Immunity to a Bacterial Cannibalism Toxin // Cell. 2006. 124, 549–559.
Об эволюционных корнях альтруизма см. Главу 10 книги Р. Докинза «Эгоистичный ген», а также: А. Ярошенко. Эволюция стресса.

Оценить статью >> пока еще нет оценок, ваша может стать первой :)

   
Архив новостей
Анонсы новостей    http://www.scorcher.ru/xml/news.rss - что это?
Занятия по адаптологии
Асинхронная онлайн-школа: занятия.
14-10-2018г.

О поддержке онлайн-обучения на сайте Форнит
Инструменты для создания своей онлайн-школы: О поддержке онлайн-обучения на сайте Форнит.
08-10-2018г.

Общество мифов
Как не достичь этического дна, когда высказанное слово – есть ложь: Общество мифов.
16-09-2018г.

О реорганизации академической науки
Cделана попытка найти направления к решению проблем академической науки именно на основе модели организации психики: О реорганизации академической науки.
05-09-2018г.

Рефлексы и автоматизмы: обобщение
Это – обобщение эволюционного развития механизмов реализации адаптивных реакций в новых условиях от условных рефлексов до осознанно сформированных автоматизмов:
Рефлексы и автоматизмы: обобщение.
27-08-2018г.

Что люди узнали о мозге
Обобщение исследований организации психики на 2018 год: Что люди узнали о мозге.
17-08-2018г.

Протест очевидности или почему люди спорят?
Невероятное у нормальных людей и животных стимулирует исследовательское поведение, а очевидное заставляет оставаться при своем мнении: Протест очевидности или почему люди спорят?.
06-08-2018г.

Как жить чужим умом
Оптимальная стратегия использования чужих решений: Как жить чужим умом.
30-07-2018г.

Комментарии по лекциям Вячеслава Дубынина
Замечания по отдельным характерным спорным утверждениям: Комментарии по лекциям Вячеслава Дубынина.
27-07-2018г.

Социальная значительность
О всеобъемлющей, нарастающей проблеме общества: Социальная значительность.
19-07-2018г.

Яндекс.Метрика
 посетителейзаходов
сегодня:11
вчера:11
Всего:247299