Для оптимального росту колонії зовнішні і внутрішні клітини бактеріальних біоплівок зуміли розподілити між собою щось на кшталт соціальних функцій.
Вміння домовлятися, розподіляти соціальні ролі всередині співтовариства вважається здатністю вищих тварин і людини. Тим дивовижніше тут виглядають експерименти дослідників з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго - у своїй статті в Nature вони пишуть, що їм вдалося виявити розподіл соціальних ролей у поведінці бактерій Bacillus subtilis. Гюроль Сюэль (Gurol S? el) і його колеги вивчали біоплівки B. subtilis - біоплівки складаються з бактеріальних клітин і виділяються ними речовин, що утворюють позаклітинний матрикс. Такі колонії досить міцні - вони допомагають мікробам утримуватися на поверхні субстрату і захищають бактеріальне співтовариство від несприятливих зовнішніх впливів.
Однак, досягнувши певної чисельності, у колонії-біоплівки починає змінюватися швидкість зростання: вона збільшується в розмірі, але досить дивним чином, то прискорюючи зростання, то сповільнюючи. Порівняння таких коливань з математичною моделлю показало, що це є результат внутрішнього конфлікту в бактеріальному «поселенні». Дійсно, бактеріям в плівці є з-за чого конфліктувати: ті з них, які живуть в центрі колонії, більше захищені від шкідливої хімії і яких-небудь антибіотиків - в тому числі, завдяки своїм товаришам, що перебуває на периферії. З іншого боку, периферійні клітини користуються ще недоторканими живильними ресурсами середовища, і чим більше стає колонія, тим більше ймовірність, що внутрішні клітини виявляться на голодному пайку.
Але біоплівці вдається вирішити складну ситуацію завдяки такій прийому: зовнішні клітини не можуть жити без якогось речовини, синтезованого внутрішніми клітинами. Періодично «внутрішні жителі» біоплівки гальмують його синтез, щоб «прикордонники» не надто розросталися і не з'їдали все навколо. Але занадто обмежувати в зростанні зовнішніх товаришів внутрішні клітини не можуть, інакше вони відкриються небезпечним зовнішніх впливів.
Очевидно, що і внутрішні, і зовнішні члени колонії потребують один одного, незважаючи на взаимопротиворечащие інтереси один одного. Це звичайна ситуація що у бактерій, що у людей, і вихід тут один - навчитися домовлятися. Давно відомо, що у деяких бактерій є так зване почуття кворуму - здатність координувати свою поведінку з допомогою молекулярних сигналів. Наприклад, патогенні бактерії Pseudomonas aeruginosa можуть розмножуватися в межах господаря без шкоди, поки вони не досягають певної концентрації. Коли їх чисельність стає достатньою, щоб подолати імунну систему хазяїна, P. aeruginosa стають агресивними, викликаючи хворобу. Але для того, щоб прийняти рішення атакувати, треба порахувати самих себе, і ось тут включається почуття кворуму, коли по концентрації якогось сигналу бактерії виносять рішення, пора переходити до активних дій чи ні.
Однак у випадку B. subtilis вже всередині самої біоплівки відбувається щось на кшталт поділу праці - можна сказати, що почуття кворуму ускладнюється подібністю соціальної ролі. Звичайно, це не та соціальна життя, яку можна бачити у тварин. Просто бактерії знайшли спосіб регулювати власний зріст так, щоб оптимальним чином витрачати поживні речовини і одночасно бути готовими до зовнішньої загрози, і цей спосіб можна назвати, принаймні, частково, цілком соціальним. При цьому бактерії генетично не відрізняються один від одного, тобто буде клітка вести себе як зовнішня або внутрішня, залежить від того, де вона виявиться.
Автори роботи показали, що коливальний зростання допомагає колонії в цілому витримати хімічну атаку ззовні, тобто вміння домовлятися з колегою-конкурентом несе еволюційні переваги навіть для бактерій. Також вдалося розшифрувати хімічні сигнали, якими обмінюються центр і периферія колонії. Багато патогенні бактерії формують біоплівку, з-за яких з ними буває дуже важко боротися, тому що якщо ми навчимося втручатися в хімічну спілкування всередині колонії, можна буде робити бактерій в ній більш егоїстичними - настільки, що біоплівка руйнувала б сама себе.
Однак, досягнувши певної чисельності, у колонії-біоплівки починає змінюватися швидкість зростання: вона збільшується в розмірі, але досить дивним чином, то прискорюючи зростання, то сповільнюючи. Порівняння таких коливань з математичною моделлю показало, що це є результат внутрішнього конфлікту в бактеріальному «поселенні». Дійсно, бактеріям в плівці є з-за чого конфліктувати: ті з них, які живуть в центрі колонії, більше захищені від шкідливої хімії і яких-небудь антибіотиків - в тому числі, завдяки своїм товаришам, що перебуває на периферії. З іншого боку, периферійні клітини користуються ще недоторканими живильними ресурсами середовища, і чим більше стає колонія, тим більше ймовірність, що внутрішні клітини виявляться на голодному пайку.
Але біоплівці вдається вирішити складну ситуацію завдяки такій прийому: зовнішні клітини не можуть жити без якогось речовини, синтезованого внутрішніми клітинами. Періодично «внутрішні жителі» біоплівки гальмують його синтез, щоб «прикордонники» не надто розросталися і не з'їдали все навколо. Але занадто обмежувати в зростанні зовнішніх товаришів внутрішні клітини не можуть, інакше вони відкриються небезпечним зовнішніх впливів.
Очевидно, що і внутрішні, і зовнішні члени колонії потребують один одного, незважаючи на взаимопротиворечащие інтереси один одного. Це звичайна ситуація що у бактерій, що у людей, і вихід тут один - навчитися домовлятися. Давно відомо, що у деяких бактерій є так зване почуття кворуму - здатність координувати свою поведінку з допомогою молекулярних сигналів. Наприклад, патогенні бактерії Pseudomonas aeruginosa можуть розмножуватися в межах господаря без шкоди, поки вони не досягають певної концентрації. Коли їх чисельність стає достатньою, щоб подолати імунну систему хазяїна, P. aeruginosa стають агресивними, викликаючи хворобу. Але для того, щоб прийняти рішення атакувати, треба порахувати самих себе, і ось тут включається почуття кворуму, коли по концентрації якогось сигналу бактерії виносять рішення, пора переходити до активних дій чи ні.
Однак у випадку B. subtilis вже всередині самої біоплівки відбувається щось на кшталт поділу праці - можна сказати, що почуття кворуму ускладнюється подібністю соціальної ролі. Звичайно, це не та соціальна життя, яку можна бачити у тварин. Просто бактерії знайшли спосіб регулювати власний зріст так, щоб оптимальним чином витрачати поживні речовини і одночасно бути готовими до зовнішньої загрози, і цей спосіб можна назвати, принаймні, частково, цілком соціальним. При цьому бактерії генетично не відрізняються один від одного, тобто буде клітка вести себе як зовнішня або внутрішня, залежить від того, де вона виявиться.
Автори роботи показали, що коливальний зростання допомагає колонії в цілому витримати хімічну атаку ззовні, тобто вміння домовлятися з колегою-конкурентом несе еволюційні переваги навіть для бактерій. Також вдалося розшифрувати хімічні сигнали, якими обмінюються центр і периферія колонії. Багато патогенні бактерії формують біоплівку, з-за яких з ними буває дуже важко боротися, тому що якщо ми навчимося втручатися в хімічну спілкування всередині колонії, можна буде робити бактерій в ній більш егоїстичними - настільки, що біоплівка руйнувала б сама себе.