Нідерландські біологи з'ясували, що для пересування в ґрунтовому середовищі на короткі відстані нерухомі спори стрептоміцетів прикріплюються до джгутиків рухливих бактерій. Так вони можуть долати короткі відстані, щоб прикріпитися до коренів рослин, з якими формують симбіоз. Дослідження опубліковане в The ISME Journal.
Alise R. Muok et al. / The ISME Journal, 2021
Що це за бактерії?
До бактерій стрептоміцетів (Streptomyces) належить декілька сотень видів мікроорганізмів, більшість з яких населяє ґрунти. Загалом їх можна назвати корисними, оскільки вони використовуються в біотехнології для вироблення великої кількості різних антибіотиків. Однак найбільшу користь вони можуть приносити рослинам, з якими вступають у симбіоз. Стрептоміцети колонізують їхню кореневу систему та захищають від патогенів, як і людей, виробляючи антибактеріальні речовини. Ці бактерії мають складний життєвий цикл, що включає в себе стадію спори та її проростання на коренях рослини. Самі ці спори нерухливі, а тому вони поширюються на великі відстані комахами або нематодами. Це пояснює, яким чином стрептоміцети поширюються від рослини до рослини, але не те, як вони долають короткі відстані, у межах сантиметрів чи міліметрів, у своєму мікросередовищі. Наприклад, як знаходять конкретно кореневу систему. Вчені з Лейденського університету поділилися своїм поглядом на це питання у новій статті.
У чому полягає ідея науковців?
Вчені звернули увагу на дослідження, у яких йдеться про те, як нерухомі мікроби використовують рухомих як транспортні засоби. Вони можуть прикріплюватися до поверхні таких організмів та переноситися в потрібне місце. Хоча стрептоміцети не можуть активно рухатися, в ґрунті живе велика кількість бактерій з джгутиками, що можуть вільно пересуватися підземним середовищем. Науковці вирішили перевірити можливість транспортування стрептоміцетів на прикладі поширених у ґрунті рухомих Bacillus subtilis та спор Streptomyces coelicolor. Для цього вони вирощували колонії бактерій в окремих чашках Петрі або змішували разом та спостерігали за пересуванням спор в лабораторній посудині.
Що помітили вчені?
У чашках Петрі, де спори були перемішані з бактеріями B. subtilis, стрептоміцети поширювалися по всій посудині. Але коли їх вирощували самостійно, то вони концентрувалися лише в місці, куди їх нанесли дослідники. А за допомогою рухомих B. subtilis стрептоміцети можуть долати десятисантиметрові відстані, а в ґрунті, можливо, ще більші. Тоді науковці вирішили подивитися, чи зможуть спори так само «автостопом» поширюватися до коренів рослин. Для цього вчені помістили в чашки Петрі ще й невелику рослину. Дослід показав схожі результати з попереднім: в присутності B. subtilis спори стрептоміцетів стали утворювати найбільше колоній поблизу коренів рослини, чого не спостерігалося, коли вони зростали самостійно. Такі ж результати отримали вчені, коли провели аналогічні експерименти зі спорами стрептоміцетів та іншими бактеріями, пов'язаними з коренями рослин — Pseudomonas fluorescens.
А. Зліва — B. subtilis та Streptomyces coelicolor інокульовані разом, посередині — лише Streptomyces coelicolor, справа — лише B. subtilis. В. Поширення бактерій, коли їх інокулювали в різні частини посудини, зірочками позначено місце інокуляції B. subtilis. С. Рух спор до тканин рослини. Зліва — B. subtilis та Streptomyces coelicolor інокульовані разом, посередині — лише Streptomyces coelicolor, справа — лише B. subtilis. Alise R. Muok et al. / The ISME Journal, 2021
Подальше вивчення показало, що зовнішній шар захисної оболонки спор відповідає за здатність прикріплювати до джгутиків рухомих бактерій. Це забезпечується наявністю на його поверхні рядів білків, що можуть хапатися за джгутики мікробів, які пропливають поруч. Механізм трохи схожий на чіпляння колючок реп'яху до шерсті тварин. Хоча використання інших бактерій як транспортних засобів важливе для взаємодії корисних мікроорганізмів з рослинами, самим транспортувальникам такі пасажири дещо заважають рухатися.