Эти бактерии десятилетиями изучались как модельная система для социального сотрудничества и регуляции бактериальных генов. Изучая мутировавших M. xanthus, которые сверхэкспрессируют два белка, использующиеся для распознавания близких родственников, исследователи обнаружили ранее неизвестное поведение: самоорганизацию в круги диаметром миллиметр и более.

«Когда вы сверхэкспрессируете этот белок, то можете увидеть, как уже через четыре часа появляются эти круглые структуры, а через 12 часов они уже занимают все пространство чашки Петри», – Олег Игошин, соавтор исследования из Университета Райса. Исследовательская группа Игошина и группа микробиологов из Вайоминга во главе с соавтором Дэниелом Уоллом сотрудничали в течение пяти лет над исследованием, проводя десятки лабораторных и вычислительных экспериментов, чтобы раскрыть генетический механизм этих круговых конструкций. M. xanthus питаются другими бактериями. Не имея внутренних органов для переваривания своей добычи, они объединяются в семейные стаи, чтобы поглощать жертв, среди которых могут быть и другие M. xanthus, но не принадлежащие их семье.

Около пяти лет назад исследователи показали, что M. xanthus использует поверхностный рецептор, называемый TraA, и белок-партнер, называемый TraB, чтобы узнавать «родню». Когда M. xanthus сталкивается с близким родственником, комплекс TraAB действует как своего рода клей, образуя липкую связь между ними. Когда M. xanthus сталкивается с неродственным M. xanthus, TraAB помогает отравить чужаков.

Изучая механизм TraAB, команда Уолла создала несколько мутантных штаммов, в том числе те, которые сверхэкспрессировали TraAB, производя больше белка, чем обычно. Ученые заметили, что они имеют тенденцию образовывать кластеры клеток в течение нескольких часов. В то время как группа Уолла проводила микробиологические эксперименты, группу Игошина попросили создать теоретическую модель, которая могла бы объяснить эту загадку.

«Интересно, что мы видим круговые конструкции в наших симуляциях только тогда, когда делаем клетки необратимыми. В нормальных клетках дикого типа они движутся вперед и назад, назад и вперед, как пригородный поезд. Голова становится хвостом, а хвост становится головой. И это происходит каждые восемь минут или около того», – Олег Игошин.

Чтобы увидеть, может ли модель предсказать поведение, которое еще не наблюдалось в экспериментах, команда Игошина смоделировала то, что произойдет в смешанных колониях M. xanthus, включая смеси двух сверхлипких мутантов, которые не распознали друг друга как родственников. Модель предсказывала, что они образуют большие вращающиеся стаи, содержащие смеси двух штаммов. Это предсказание подтвердилось в ходе экспериментов, проведенных командой Уолла, и применение ложных цветов к микроскопическим изображениям колоний позволило выявить стилизованные под «Звездную ночь» Ван Гога бактерии.

https://nat-geo.ru/nature/hishnye-bakterii-sozdayut-kolca-chtoby-pogloshat-vragov/