В микробных сообществах, населяющих наш мир, микробы тоже борются за свою жизнь.

Эти крошечные организмы находятся в почве, в океанах и в организме человека. Микробы играют несколько важных ролей — они могут разлагать отходы, производить кислород и укреплять здоровье человека.

В сообществах микробы постоянно конкурируют друг с другом за пространство, питательные вещества и другие ресурсы. Их соревнования могут происходить в разных пространственных масштабах, независимо от того, находятся ли микробы близко друг к другу или далеко друг от друга.

Когда микробы находятся близко друг к другу, они собирают молекулярное устройство для введения токсинов в своих соседей, подавляя их рост. Находясь далеко друг от друга, микробы выделяют небольшую токсичную молекулу, которая проходит через сообщество в другие клетки, вызывая их гибель.

Тинг Лу, адъюнкт-профессор биоинженерии в Университете Иллинойса и член Института геномной биологии им. Карла Р. Воса, хотела узнать, влияют ли различные расстояния взаимодействия на организацию микробных сообществ. Решение этого вопроса может помочь исследователям понять, как собираются эти сообщества.

Лу и его члены лаборатории — Венхар Челик Озген, Вентао Конг, Эндрю Бланшар и Фенг Лю — разработали математические модели и набор синтетических микробных сообществ для изучения роли различных расстояний во время микробных сражений. Они создали экосистемы, включающие однонаправленную конкуренцию, где один микроб убивает другого, и экосистемы с двунаправленной конкуренцией, где два типа микробов убивают друг друга.

Их результаты, опубликованные в журнале Science Advances , показывают важную взаимную связь между пространством и временем.

В сообществе, где один тип микробов убивает другой, исследователи обнаружили, что конкуренция на больших расстояниях была более эффективной, поскольку микробу потребовалось меньше времени, чтобы убить своего конкурента на большом расстоянии, чем на коротком расстоянии.

Затем они изучили сообщество, где два типа микробов убивают друг друга. Лу сказал, что их результаты лучше всего понять, изобразив две армии, встречающиеся на поле битвы, где у одной армии есть мечи (контактно-зависимые молекулярные устройства для убийства), а у другой есть стрелки (диффундирующие токсичные молекулы, которые атакуют другие микробы).

«Когда эти две армии ведут ближний бой, меч становится более мощным, потому что он может убить врага сразу», — сказал Лу. «Однако, если эти стороны разделены рекой, например, — хотя меч более смертоносен, он вне их досягаемости».

На близком расстоянии контакт-зависимые устройства были более эффективными. На больших расстояниях диффундирующие молекулы были более эффективными. Вот почему в таких двусторонних соревнованиях плотность микробной популяции имеет значение. Если население плотное, микробы вынуждены конкурировать на близком расстоянии, и выигрывают те, кто использует контактно-зависимые устройства. Если микробы более разнесены, они конкурируют на большом расстоянии, и выигрывают те, кто использует диффузные молекулы.

Авторы заявили, что, насколько им известно, это первый эксперимент, в котором рассмотрено роль масштаба пространственного взаимодействия в организации микробных экосистем. Лу сказал, что их результаты углубляют их знания о том, как микробные сообщества собираются и функционируют.

Их результаты также помогут в создании искусственных микробных экосистем, которые можно использовать для лечения заболеваний или увеличения роста растений.

«Изучая основную организацию — это также поможет нам спроектировать лучшие экосистемы, которые смогут выполнять функции более эффективно и более эффективно », — сказал Лу.

Лу сказал, что изменение расстояний взаимодействия также часто происходит в клетках животных и растений, поэтому их результаты могут дать представление об организации многоклеточных организмов.

«Хотя мы сосредоточены на изучении пространственной организации популяций микробов, мы считаем, что знания, которые мы изучаем для бактерий, могут быть обобщены и перенесены в другие живые системы», — сказал Лу.

По материалам phys.org