12.12.2010 год.

Микробиологи из Университета штата Массачусетс в Амхерсте (США) Дерек Лавли, Зарат Саммерс и др. сообщают об обнаружении новой разновидности кооперативного поведения у анаэробных бактерий (вы помните о том, что бактерии могут сообща преодолевать препятствия?)

Речь идёт о межвидовом переносе электронов, который имеет важные последствия для всемирного круговорота углерода и биоэнергетики.

Оказывается, микроорганизмы разных видов (в данном случае — двух видов рода Geobacter) создают прямые электрические каналы, через которые проходит ток. Это позволяет двум микробам потреблять такую пищу, которую по отдельности они не способны усвоить.

Подобные клеточные комплексы (или «великие шары эволюции»), выращенные в лабораторных условиях, очень похожи на те, которые в природе принимают участие в разложении органического материала с выделением парниковых газов (в частности углекислого газа и метана), и на те, которые, напротив, потребляют метан, выходящий из земной коры на дне океанов. В обоих случаях учёных давно удивлял механизм, с помощью которого взаимодействуют такие конгломераты микроорганизмов. 40-летнее наблюдение за межвидовой передачей водорода ничего не дало. И вот теперь загадка, кажется, решена.

Исследователи заставили два вида бактерий Geobacter потреблять этанол, усвоить который они могли, лишь передавая друг другу водород. Постепенно от создания разрозненных микроскопических образований они перешли к формированию крупных многоклеточных структур (несколько миллиметров в диаметре). Эти шарообразные структуры продолжали расти, приобретая тёмно-красный цвет из-за присутствия железосодержащих белков, известных как цитохромы. Наблюдение под электронным микроскопом показало, что в итоге возникала замысловатая структура с сетью каналов, по которым, по-видимому, передавались питательные вещества. Между бактериями были установлены также новые электрические соединения для прямого обмена электронами.

Всё это позволяло усваивать этанол намного быстрее.

Секвенирование ДНК микроорганизмов, находившихся в тёмно-красной сфере, показало, что в одном из видов произошла генетическая мутация, позволившая ему более активно вырабатывать цитохром OmcS. Предыдущее исследование тех же учёных свидетельствовало о том, что этот белок выстраивается вдоль проводящих электричество микроскопических ворсинок — пилей. Отсюда вывод: цитохром — ключевой компонент электрического соединения между клетками. При удалении гена бактерии лишались способности формировать «сферы» и эффективно потреблять этанол.

Дальнейшие эксперименты показали: если мутацию вызвать до объединения двух видов, они очень быстро начнут создавать шарообразные колонии. Если же удалить ген, необходимый для обмена водородом, то это только ускорит формирование «кооператива», то есть межвидовая передача водорода здесь не является главным фактором.

Есть подозрение, что многие виды микроорганизмов пользуются этим новооткрытым переносом электронов.