Возникновение жизни

Случайная генетическая пульсация: ученые раскрыли секрет возникновения многоклеточной жизни

29 февраля 2020 | 15:00

Команда ученых из Кембриджа, работающая над пересечением между биологией и вычислениями, обнаружила, что случайная активность генов помогает формировать паттерны во время создания многоклеточных организмов.

Об этом сообщает Phys.org со ссылкой на Nature Communications.

Ученые из команды Джеймса Локка из Лаборатории Сэйнсбери в Кембриджском университете и сотрудники Microsoft Research сравнили строение и функционирование сложных биологических организмов с поведением бактерий. Изучая развитие бактериальных биопленок, биологи наблюдали создание некоего подобия многоклеточного организма, созданного колонией бактерий.

Биопленка развивается, когда свободно живущие одноклеточные бактерии прикрепляются к поверхности и объединяются, чтобы начать размножаться и распространяться по поверхности. Эти размножающиеся отдельные клетки созревают, образуя трехмерную структуру, которая действует как многоклеточный организм.

И хотя отдельные клетки могут выживать самостоятельно, эти бактерии предпочитают работать вместе с биопленками, являющимися доминирующей формой, встречающейся в природе. Биопленочный консорциум предоставляет бактериям различные преимущества для выживания, такие как повышенная устойчивость к стрессовым факторам окружающей среды.

Фото: плотность спор в верхней части колоний биопленок у штаммов WT и 2 x rsbQP (nature.com)

Исследователи разработали новый метод интервальной микроскопии, чтобы отслеживать, как генетически идентичные отдельные клетки ведут себя при развитии живой биопленки. Оказалось, что в рамках такой коммуны часть бактерий образовывает биопленки, а часть создает резервный пул бактерий.

«Мы смотрели на то, как клетки решают взять на себя определенные роли в биопленке. Мы обнаружили, что в поверхности биопленки часто присутствуют два разных типа клеток — которые образуют спящие споры и которые продолжают расти и активируют защитные стрессовые реакции. Эти два типа клеток являются взаимоисключающими, но оба они могут существовать в одном месте», — сообщил Доктор Евгений Надеждин, ведущий автор.

Регулирует этот процесс генетический механизм с помощью фактора sigmaB. Он включается и выключается в бактериях случайным образом, создавая участки со спорами и защитными клетками. Результаты демонстрируют, как случайная пульсация экспрессии генов может играть ключевую роль в создании пространственных структур во время развития биопленки.

«Эта беспорядочность, по-видимому, контролирует распределение клеточных состояний в популяции — в данном случае это биопленка. Выводы, полученные из этой работы, могут быть использованы для разработки синтетических генных цепей для создания паттернов в многоклеточных системах. Схема больше нуждается в этом шуме и хаосе для случайного распределения альтернативных задач между соседними клетками, чем в механизме управления судьбой каждой клетки в отдельности», — отметил доктор Найл Мерфи.

Как сообщал Realist, группа ученых из Университета Рочестера (штат Нью-Йорк, США) разработала новый способ производства искусственного перламутра с помощью бактерий. Они сообщают, что им удалось найти довольно дешевый и экологически чистый метод.