Бактерия со спидометром

Синегнойная палочка оценивает движение окружающей среды по сдвигу слоёв жидкости друг относительно друга.

Мы можем определить скорость движения в прямом смысле на глаз – просто посмотрев, быстро или медленно движутся предметы вокруг нас. Скорость можно определить на слух – например, когда мы оцениваем ветер по его завыванию или шелесту листвы. Наконец, мы можем определить скорость движения на ощупь, погрузив руку в текущую воду или высунувшись за окно. В последнем случае мы оцениваем скорость по силе давления от воды или воздуха: чем сильнее они давят, тем быстрее их движение.

Но если взять бактерий – как они могли бы почувствовать скорость? Не всем бактериям такое умение нужно, но ведь многие из них живут либо прямо в толще воды, либо на поверхности, омываемой какой-то жидкостью (например, патогенные виды, проникающие в кровь или сидящие на стенках желудочно-кишечного тракта). Им важно оценивать скорость потоков жидкости вокруг, поскольку эти потоки несут питательные вещества, уводят продукты метаболизма, помогают переселиться с места на место. На первый взгляд кажется, что и бактерии, как и мы, должны ощущать скорость жидкости по её давлению.

Однако, как пишут в Nature Microbiology исследователи из Принстона, бактерии чувствуют скорость жидкости иначе – по крайней мере, некоторые из них. Эксперименты ставили с синегнойной палочкой Pseudomonas aeruginosa, у которой обнаружился оперон fro, реагирующий на изменения в токе жидкости. Опероном называют группу генов, которые выполняют сходные функции и которыми управляет один и тот же регуляторный генетический элемент. Активность генов в опероне fro изменялась в зависимости от того, с какой скоростью текла жидкость вокруг микроба.

Но дело было не в давлении. Авторы работы погружали синегнойную палочку в жидкости разной вязкости. Давление жидкости зависит от её вязкости, и если мы погрузим руку в текущий мёд, он будет давить на нашу кожу сильнее, чем текущая с такой же скоростью вода. Но бактерия реагировала не на давление, а на скорость сдвига, то есть она оценивала, как движутся друг относительно друга слои жидкости.

Скорость сдвига измеряется в обратных секундах. P. aeruginosa не чувствовала скорости сдвига до 8 обратных секунд – то есть она не ощущала ничего, что текло медленнее любой жидкости в нашем теле. Лучше всего бактерия реагировала на движение со скоростью сдвига от 40 до 400 (для сравнения – скорость крови в средних по размеру венах составляет около 100).

Как P. aeruginosa чувствует сдвиг слоёв жидкости, пока неясно, и ещё предстоит выяснить, что именно делают гены группы fro. Также было бы очень интересно узнать, пользуются ли другие бактерии таким же механизмом, чтобы чувствовать потоки в окружающей среде. Синегнойная палочка – не самая неприятная бактерия из тех, что могут угрожать нам. Но если похожий сенсорный механизм работает и у более агрессивных патогенов, то, возможно, можно как-то подавлять их агрессивность, действуя на их сенсор скорости. С другой стороны, из бактерий можно сделать медицинские датчики, которые сообщали бы нам о том, как текут жидкости в разных частях нашего тела.