Обычно используется в лабораториях для изучения деления клеток, C. crescentus естественным образом принимают форму банана, но они также могут претерпевать мутацию, в результате которой становятся совершенно прямыми. Проблема заключалась в том, что в лаборатории не было очевидной функциональной разницы между двумя формами. Таким образом, среди биологов возник вопрос, зачем природе беспокоиться?
Затем Персат, который является докторантом в группе доцента молекулярной биологии Земера Гитая, посчитал, что бактерии обитают большими группами, прикрепленными к поверхностям в озерах, прудах и ручьях.
Это означает, что их кривизна может быть адаптацией, позволяющей C. crescentus, чтобы лучше развиваться в водных течениях, которые организмы испытывают в природе.
В новой статье первый автор Персат, автор-корреспондент Гитай и Ховард Стоун, Дональд Р. Диксон ’69 и Элизабет В. Диксон, профессор машиностроения и аэрокосмической техники, сообщает, что кривизна делает больше, чем просто помогает. crescentus удерживают свои позиции в движущейся жидкости. Исследователи наблюдали за C. crescentus на поверхности в потоке и обнаружили, что арочная анатомия бактерий имеет решающее значение для процветания как группы.
«Не потребовалось много времени, чтобы понять, как поток показал преимущества кривизны», – сказал Персат. "Для меня как человека с гидродинамическим фоном было очевидно, что эта форма имеет какое-то отношение к потоку жидкости."
Полученные данные подчеркивают необходимость изучения бактерий в естественных условиях, сказал Гитаи, чья группа сосредотачивается на том, как форма бактерий определяется генетически. По его словам, хотя для этого направления исследований обычно достаточно чашки Петри, функциональность бактериальных генов и анатомии может быть неуловимой в большинстве лабораторных условий. Например, по его словам, 80 процентов генов в C. crescentus кажутся одноразовыми, но могут и не быть в природе.
«Теперь мы видим, что формы бактерий могут иметь преимущества, которые наблюдаются только в среде роста, близкой к естественной среде обитания бактерий», – сказал Гитаи.
"Для C. crescentus, экология говорила нам, что выгибание имеет преимущество, но ничто из того, что мы ранее не делали в лаборатории, не могло определить, что это было », – сказал он. «Нам нужно думать не только о химической среде бактерий, но и о физической среде. Я думаю об этом исследовании как об открытии совершенно новой оси изучения бактерий."
В то время как большинство бактерий растут и делятся как две идентичные «дочерние» клетки, C. полумесяц делится асимметрично.
Материнская клетка «стебелька» прикрепляется к поверхности обитания бактерии, в то время как верхняя незакрепленная часть образует новую ювенильную версию стебельчатой клетки, известную как «роевая» клетка. Роевые клетки позже трансформируются в стебельчатые клетки, а затем в конечном итоге отделяются, прежде чем закладывать корни поблизости.
Они повторяют жизненный цикл со своей собственной роевой клеткой, и бактериальная колония растет.
Исследователи из Принстона обнаружили, что при движении воды кривизна направляет роевую клетку к поверхности, к которой она должна прикрепляться. Это гарантирует, что следующее поколение бактерий не уйдет слишком далеко от своих предков, а также от питательных веществ, которые в первую очередь вызвали деление клеток, сказал Гитаи.
С другой стороны, верхние клетки прямых бактерий, которые находятся сравнительно выше от земли, с большей вероятностью будут уноситься далеко, поскольку они должны оставаться рядом с домом.
Но преимущество кривизны заходит так далеко.
Исследователи обнаружили, что, когда поток воды был слишком сильным, как изогнутые, так и прямые бактерии прижимались к поверхности, устраняя преимущество колонизации изогнутых клеток.
Эти открытия устанавливают некоторые интересные границы того, что известно о C. crescentus, начиная с верхних пределов силы тока, в котором может развиваться организм, сказал Гитаи.
Он и Персат также планируют выяснить, способны ли бактерии выпрямиться и сбросить потомство вниз по течению, когда домашняя колония столкнется с сокращением доступных питательных веществ.
В то же время, понимая, почему C. crescentus получил свою кривую, помогающую выяснить эволюцию других бактерий, сказал он.
Близкие родственники бактерий, например, не имеют изгибов – может ли это быть связано с суровостью их естественной среды, такой как мощная турбулентность океана?? Вредные бактерии, такие как Vibrio cholerae, штаммы которых вызывают холеру, имеют изогнутую форму, хотя причина неясна. Возможно, эта форма может быть связана с окружающей средой организма таким образом, чтобы помочь в лечении инфицированных ею, сказал Гитаи.
Независимо от причины формы конкретной бактерии, исследования в Принстоне показывают, что изучение влияния ее естественной среды обитания может оказаться полезным, сказал Гитаи.
"Это было ясно с C. crescentus, что нам нужно попробовать что-то другое ", – сказал Гитай. "Люди действительно не думали, что поток является основной движущей силой эволюции этой бактерии. Это действительно новая идея."