Как природные антибиотики помогают бактериям питаться

Ученые давно знают, что некоторые бактерии, когда существует конкуренция за пищу и пространство, производят токсичные для других бактерий молекулы. Однако только теперь исследователи Калифорнийского технологического института выяснили, что у этих, с позволения сказать, антибиотиков есть еще одна цель: они помогают бактериям получать необходимые питательные вещества, когда ресурсы ограничены, сообщает портал phys.org.

Исследование было проведено докторантом Дарси Макроуз в лаборатории Дайанн Ньюман, профессора биологии и геобиологии, о научной работе сообщается в новой статье, опубликованной в журнале Science. Исследование было сосредоточено на видах бактерий рода Pseudomonas и производимых ими молекулах, называемых феназинами. Лаборатория Ньюман изучает феназины и их химические и биологические свойства почти два десятилетия.

«Мы знали, что «антибиотики» Pseudomonas могут убивать конкурентов, но мы хотели ответить: получает ли организм другие функции или преимущества при производстве феназинов?» – говорит Макроуз. В то время как лаборатория Ньюман определила различные роли этих молекул на протяжении многих лет, виды Pseudomonas не всегда производят феназины, поэтому Макроуз начала с изучения условий, в которых микробы действительно производят молекулу.

Она обнаружила, что Pseudomonas производит феназины, когда микроб имеет ограниченное количество биодоступного фосфора в окружающей среде. Фосфор является необходимым питательным веществом для всей жизни и может иметь множество химических форм. Он считается «биодоступным», когда присутствует в форме, которую могут использовать живые существа. По аналогии, зерна пшеницы не могут быть употреблены людьми в пищу, но их можно переваривать в виде муки, испеченной в хлеб. Точно так же фосфор, связанный с поверхностью минералов железа, труднодоступен для бактерий, и его необходимо сначала высвободить.

Макроуз хотел знать, есть ли какая-то связь между нехваткой биодоступного фосфора и производством феназинов. Предыдущие исследования лаборатории Ньюман показали, что феназины могут опосредовать химическую реакцию растворения оксидов железа, обычного компонента почвы; а опыты Макроуз продемонстрировали, что феназины также могут высвобождать прикрепленный фосфор, делая его биодоступным. В экспериментах она взяла синтетические оксиды железа с присоединенным к ним фосфатом, а также природные отложения, содержащие фосфат, связанный с оксидами железа, добавила феназины и увидела, что количество биодоступного фосфора увеличилось.

Затем Макроуз провела эксперименты с генетически измененным штаммом Pseudomonas, который не мог продуцировать феназины. Она вырастила этих мутировавших микробов в среде, в которой фосфор присутствует только в виде связанного с минералами железа, и сравнила их с немутантными Pseudomonas в той же среде. Нормальные бактерии могли расти и выживать, по-видимому, за счет использования феназинов для получения фосфора из минералов железа. Однако мутантные штаммы Pseudomonas, которые не могли продуцировать феназины, не росли.

Фосфор требуется не только Pseudomonas, это необходимое питательное вещество для выживания всей жизни, включая сельскохозяйственные растения. Исследователи говорят, что понимание взаимоотношений микробов, таких как Pseudomonas, с фосфором в его бесчисленных формах и роли микробов в обеспечении доступности фосфора для биосферы, важно для принятия устойчивых решений, например, об использовании удобрений.

«Эта работа объединяет старые наблюдения о том, когда производятся определенные типы антибиотиков, с нашим пониманием их химической реактивности», – говорит Ньюман. Кроме того, эта работа улучшает понимание микроскопических взаимосвязей, происходящих в почве у корней растений. «Приятно раскрыть жизненно важную роль этих соединений в приобретении макроэлементов. В будущем мы надеемся использовать это понимание для изучения более устойчивых способов повышения биодоступности фосфора на сельскохозяйственных полях», – резюмировала Ньюман.