Каннибализм и химическое оружие придуманы не нами!

Казалось бы: что может быть удивительного в такой хорошо изученной бактерии, как сенная палочка?

Bacillus subtilis описал ещё в 1835 году Христиан Готфрид Эренберг, а в 1872 году это сделал ещё и Фердинанд Юлиус Кон, который дал этой бактерии современное название и открыл её споры. Bacillus subtilis считается наиболее изученной грамположительной бактерией и модельным организмом для изучения репликации бактериальных хромосом и дифференцировки клеток.

Микробиологи знают, что при необходимости эта бактерия может отращивать жгутики и обретать подвижности. Bacillus subtilis умеют организовывать сообщества с согласованным передвижением, где отдельные микробы выделяют химические сигналы, и при достижения порогового значения эти сигналы меняют поведения сообщества в целом. Т. е. своего рода голосование, бактериальная демократия.

Если нет достаточного количества питательных веществ — сенная палочка превращается в спору: клетка частично теряет воду, уменьшается в объёме и меняет форму, под внешней мембраной образуется плотная оболочка, способная выдерживать огромные механические, температурные и химические нагрузки.

Но образование спор — это совсем уж крайний случай. Для такого действия сенная палочка должна активировать почти 500 генов. На это требуется несколько часов времени и очень много энергии. А откуда взять энергию, если в окружающей среде пропали питательные вещества?

И вот для того, чтобы вид выживал в самых суровых условиях, Bacillus subtilis используют "химическое оружие" и каннибализм!

У этих бактерий имеется особый генный переключатель, который состоит из ключевого гена-регулятора Spo0A и нескольких других генов, которые активируются при включении Spo0A. Запуск данного регулятора приводит к выработке двух токсичных пептидов, SkfA и SdpC, которые выбрасываются за пределы клеточной мембраны. "Химическое оружие" активировано! SdpC — это токсин, а SkfA — это пептид, который делает сенные палочки более восприимчивыми к SdpC. Т. е. "химическое оружие" Bacillus subtilis состоит из яда и усилителя. В этом смысле SkfA представляет интерес для фармацевтов, ведь он мог бы усиливать действие существующих антибиотиков.

Но как бацилле не стать жертвой собственной химической атаки?

Оказывается, у Bacillus subtilis для этого реализован хитроумный механизм. На клеточной мембране бактерии имеется защитный белок SdpI, который умеет защищать клетку от токсина SdpC (просто захватывает молекулы токсина и удерживает их до инактивации). А ещё у SdpI есть вторая полезная способность: когда он захватил молекулу токсина SdpC, другой конец этого белка, навравленный во внутреннюю область клетки, изменяется так, чтобы захватить и удерживать молекулу белка SdpR (задача последнего — не давать клетке производить белок SdpI). Т. е. если бацилла подверглась химической атаке, то она автоматически запускает синтез "защитных доспехов"!

Вот схема, которая иллюстрирует данный механизм:

В нормальных условиях защитных белков SdpI (показаны серым цветом) немного. Их синтез блокируется белком SdpR (показан зелёным цветом). Но вот в окружающей среде не стало питательных веществ. Запустился ген-регулятор Spo0A. Бацилла выработала токсин SdpC (показан красным цветом) и вытолкнула его за пределы своей мембраны.

Через некоторое время в окружающей среде стало много токсина SdpC (красный) и одна из молекул токсина приблизилась к мембране нашей бактерии. Её захватил защитный белок SdpI (серый), а вторым своим концом он захватил молекулу белка SdpR (зелёный) внутри клетки.

Захвачено много молекул токсина SdpC (красный) и также много молекул белка SdpR (зелёный). Так что теперь ничто не мешает бактерии синтезировать больше защитного белка SdpI (серый) и таким образом становиться всё более неуязвимой для токсина SdpC (красный).

Химическая атака проведена. Примерно половина сообщества убита. Оставшиеся подкрепляют свои жизненные силы питательными веществами, оставшимися от своих сородичей. Теперь у бактерий есть возможность превратиться в споры в том случае, если в окружающей среде не возобновилось поступление питательных веществ извне.

А почему погибает половина сообщества? Потому, что так настроен ген-регулятор Spo0A. Он срабатывает в 50% случаев. Так что сенная палочка ещё и простейщий датчик случайных числе использует!

Можно отметить, что самые большие шансы на выживание остаются у самых голодных бацилл. Столкнувшись с нехваткой ресурсов для жизни, они первыми запускают своё "химическое оружие". И получается, что лозунг "Бей первым, Фреди!" тоже придумали не люди!

:-)