Ученые разобрались, как бактерии Chromobacterium subtsugae, опасные для насекомых, координируют свое поведение в зависимости от численности колонии. Оказалось, у них есть целая система сигнальных белков, которые влияют друг на друга и управляют активностью почти трехсот генов.

Этот механизм объясняет, почему бактерии начинают синхронно вырабатывать токсины и формировать биопленки только при достижении определенной плотности популяции.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Microorganisms.

Многие патогены используют похожие системы коммуникации — так называемое  «чувство кворума». Оно позволяет бактериям оценивать, сколько их вокруг, и только тогда, когда их становится достаточно, включать гены, отвечающие за заражение хозяина.

Биопленки — это защитные сообщества, которые делают бактерии устойчивее к антибиотикам и помогают им атаковать организм.

Chromobacterium — интересный объект для исследований. Одни его виды, например, Chromobacterium subtsugae, заражают насекомых, а другие, вроде Chromobacterium violaceum, опасны для млекопитающих, включая человека. Ученые из Оренбурга изучили штамм Chromobacterium subtsugae ATCC 31532, проанализировав его геном и транскриптом — то есть все гены и их активность на уровне РНК.

Они обнаружили 296 генов, активность которых меняется в зависимости от плотности бактерий. В центре этой регуляции — белок CsuR, который реагирует на сигнальные молекулы (ацилированные гомосеринлактоны) и запускает каскад реакций:

• Сначала CsuR активирует гены, кодирующие белки-регуляторы MarR и TetR.
• Те, в свою очередь, управляют другими генами, создавая сложную иерархическую сеть.

Ключевая особенность — избирательность. Каждый регуляторный белок связывается только с определенными участками ДНК, поэтому система работает точно, как часы.

Если научиться блокировать эти белки, можно нарушить коммуникацию бактерий и предотвратить заражение, — говорит Галимжан Дускаев, руководитель исследования.

Ученые сравнили систему Chromobacterium subtsugae с родственным видом — Chromobacterium violaceum. Оказалось, их механизмы регуляции сильно различаются, что объясняет разную специализацию. Например, у бактерий, поражающих насекомых, нашли уникальные гены, которых нет у патогенов млекопитающих.

В будущем исследователи хотят использовать растительные метаболиты для подавления «чувства кворума» у болезнетворных бактерий в ЖКТ сельскохозяйственных животных. Это может снизить зависимость от антибиотиков, сохраняя продуктивность и защиту скота.

Польза исследования

• Новые методы борьбы с инфекциями — вместо того чтобы убивать бактерии, можно нарушить их коммуникацию, сделав их менее опасными.
• Снижение использования антибиотиков — особенно актуально для сельского хозяйства, где резистентность микроорганизмов становится глобальной проблемой.
• Понимание эволюции патогенов — почему одни бактерии атакуют насекомых, а другие — млекопитающих? Это знание поможет предсказывать новые угрозы.

Исследование сосредоточено на одном штамме Chromobacterium subtsugae, а значит, его выводы могут быть не универсальными. Кроме того, эксперименты проводились in vitro — в реальных условиях, внутри живого организма, система регуляции может работать иначе.

Ранее ученые нашли способ ослабить устойчивые инфекции.