Почему некоторые бактерии делятся вдоль

Команда ученых, которую возглавили клеточной биолог Сильвия Булгерези из Венского университета и канадский генетик Фредерик Вейрье из Центра медицинской биотехнологии Армана-Фрапье, исследовали весьма нетипичную для грамотрицательных бактерий форму размножения. Обычно они делятся бинарно — у них образуется поперечная перетяжка, и из образовавшейся «гантели» формируются новые клетки, которые затем расходятся. Так происходит и с палочковидными бактериями семейства Nessieriacea, однако некоторые представители этого семейства, относящиеся к родам Alysiella, Simonsiella, Conchiformibius, имеют серповидную форму и размножаются путем продольного деления, причем без последующего расхождения новых клеток. В результате образуются очень специфические многоклеточные структуры, напоминающие столбики или гармошку. Эта группу бактерий назвали «многоклеточные продольно делящиеся нейссерии» (multicellular longitudinally dividing, MuLDi).

В августовском номере Nature Communication опубликованы результаты совместной работы микробиологов, биотехнологов и клеточных биологов их Канады, Австрии, Швеции и Нидерландов , которые исследовали морфологические, метаболические генетические и эволюционные причин описанного феномена. Штаммы для изучения были получены из Американской коллекции типовых культур (ATCC) и Немецкой коллекции микроорганизмов и клеточных культур (DSMZ).

Бактерии семейства Nessieriacea обитают в основном в ротовой полости теплокровных животных, в том числе и человека. Морфологическая особенность клеток Simonsiella, Conchiformibius — серповидная форма — позволяет этим бактериям прикрепляться к слизистой ротовой полости хозяина проксимальным и дистальным концами одновременно. Размножаясь путем продольного деления, они остаются соединены между собой пептидогликаном клеточной стенки. При этом гетерополимер располагается не концентрически, т.е. от периферии к центру клетки, а вдоль условной медианы, по которой потом и происходит разделение новых «особей». Интересно, что в этой многоклеточной структуре клетки отличаются не только морфологически, но и, возможно, функционально. Такая дифференциация внутри популяции, видимо, позволяет выживать бактериям при недостатке питательных веществ, а также противостоять воздействию слюны и другим неблагоприятным факторам.

В популяциях, способных к продольному делению и «многоклеточности», выявлен гены, не встречающиеся в культурах с поперечным делением. В частности, выявлен ген amiC2, кодирующий амидазу, и гены MreB и FtsA, кодирующие замены аминокислот в белках. Введение только amiC2 палочковидным бактериям, которые размножаются поперечным делением, не привело к морфологическим изменениям. Только в сочетании с аллельной заменой mreBу, исследователям удалось получить клетки с удлиненными перегородками. Это указывает на то, что амидаза AmiC2 может регулировать разделение MuLDi.

Сравнение геномов и транскриптомов палочковидных нейссерий с их MuLDi формами показал, что они произошли от предков, которые имели типичный способ деления. Авторы предполагают, что переход к продольному типу деления клеток выработался у этих бактерий в процессе эволюции как приспособлении к неблагоприятным условиям среды обитания.

В настоящее время большинство исследований проводится на патогенных бактериях или на тех, которые легко культивировать в лаборатории. Дополнением к этим моделям могут служить представители семейства Neisseriaceae, которых также можно легко культивировать, к тому же, похоже, что они податливы генетическим манипуляциям. Они могут быть полезны для изучения эволюции бактериальных клеток и молекулярных механизмов, лежащих в основе симбиоза бактерий и животных. Кроме того, гены и белки, связанные с необычным размножением этих бактерий, могут стать мишенями, к примеру, для создания новых антибиотиков.