Слизевик Dictyostelium discoideum с момента своего открытия стал одним из главных модельных объектов в биологии: сначала его использовали при исследовании процессов, имеющих отношение к биологии развития и эволюции многоклеточности, а позже оказалось, что с помощью Dictyostelium discoideum можно изучать ещё и социально-экологические взаимосвязи. Причиной такой научной популярности стал особый образ жизни, который ведёт слизевик. Dictyostelium discoideum питается почвенными бактериями и может долгое время существовать в виде одноклеточных амёб, но когда пищи становится мало, амёбы сливаются друг с другом в крупное многоклеточное образование, в котором происходит дифференциация клеток и образование плодового тела. На нём появляется стебельчатый вырост, на котором сидит сорус с набором спор, и из них позже получаются новые одноклеточные амёбы. 

D. discoideum на многоклеточной стадии (фото Carolina Biological). Биологию Dictyostelium discoideum начали изучать в лаборатории, однако лабораторное культивирование было не совсем то (а точнее, совсем не то), к чему слизевик привык на воле, а потому между ним и учёными возникло, скажем так, некоторое недопонимание. В 1998 году исследователи из Университета Райса (США) обнаружили на некоторых диких клонах слизевика бактерии, сидевшие на спороносных органах. Оказалось, что, даже будучи очищенными от бактерий, Dictyostelium discoideum подбирали их снова, причём бактерии были именно теми, какие слизевик употреблял в пищу.

Получалось, что эти почвенные амёбы держали при себе запас пищи, поступая подобно фермерам, разводящим скот. Примерно треть диких клонов оказались такими «фермерами»; что же до лабораторных слизевиков, то они, во-первых, могли быть потомками тех, кто фермерством не увлекался, а во-вторых, условия культивации не обязательно соответствовали намерениям слизевиков иметь при себе запас бактерий. 

Статья про амёб-фермеров вышла в 2011 году в Nature, однако история на этом не закончилась. Исследователи заметили, что далеко не все бактерии при слизевиках съедобны (то есть не все годятся в пищу самим слизевикам). Тут же возникло множество вопросов: то ли это бактерии-«попутчики», присоединившиеся к выращиваемым бактериям-«коровам», то ли паразиты, наносящие вред слизевикам, то ли что-то ещё. Выяснилось, что Dictyostelium discoideum с такими несъедобными бактериями росли даже активнее, чем без них. Тогда и родилась идея о том, что эти бактерии нужны слизевикам не для прокорма в трудные времена, а для защиты. 

Дальнейшие эксперименты это подтвердили. Во-первых, эти бактерии помогали подавить слизевиков-конкурентов. Не все штаммы Dictyostelium discoideum держат при себе бактерии, но все ими питаются, и те, кто занимается «фермерством», могут просто красть чужих «коров». Несъедобные бактерии, которых держат при себе слизевики-«фермеры», подавляют развитие потенциальных грабителей: под действием каких-то бактериальных биомолекул у слизевиков-«нефермеров» появляется наполовину меньше спор. Во-вторых, по словам исследователей, защитные бактерии ещё как-то сами по себе стимулируют рост приютивших их слизевиков. 

В Nature Communications Дебра Брок, Дэвид Келлер и Джоан Страссман, работающие теперь в Вашингтонском университете в Сент-Луисе (США), обсуждают, почему фермерский симбиоз, с одной стороны, оказался таким устойчивым среди слизевиков, а с другой — не распространился на все штаммы D. discoideum.

Когда еды много, «фермеры» уступают «нефермерам», так как первые не съедают всё, что есть, а оставляют часть бактерий «на развод». «Нефермеры» же сметают всё подчистую, а потому могут расти и размножаться интенсивнее. Но избыток еды время от времени заканчивается, и тогда преимущество получают «фермеры», у которых еда есть всегда.

Однако они не имели бы такового, если бы при них не было ещё одних симбионтов — бактерий, в прямом смысле отравляющих жизнь конкурентам-«нефермерам». В противном случае конкуренты бы объедали «фермеров», сведя всё их преимущество на нет.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

В экспериментах биологов из Университета Райса (США) слизевики Dictyostelium discoideum продемонстрировали фермерские способности.

Плодовые тела Dictyostelium discoideum (фото Scott Solomon) Основную часть времени амёба Dictyostelium discoideum, хорошо изученный модельный организм, проводит в отрыве от своих сородичей, питаясь бактериями. Когда ресурсы истощаются, тысячи организмов собираются в колонии и начинают двигаться по направлению к свету; обнаружив подходящую площадку, колония останавливается и формирует необходимые части плодового тела, из которого высвобождаются споры Dictyostelium discoideum. После этого цикл повторяется снова.

В большинстве лабораторий используются штаммы Dictyostelium discoideum, восходящие к одному клону. Участнице нового исследования Дебре Брок (Debra Brock) повезло, поскольку она могла экспериментировать сразу с несколькими «дикими» клонами — группами генетически идентичных организмов одного вида. При наблюдении за ними г-жа Брок отметила, что компанию спорам в плодовом теле слизевиков иногда составляли бактерии. Заинтересовавшись, биолог аккуратно извлекла содержимое нескольких плодовых тел и перенесла полученные образцы в чашки; через два дня в некоторых чашках действительно появились небольшие колонии бактерий.

Тогда г-жа Брок с помощью антибиотиков избавила амёб от бактерий, а затем поместила Dictyostelium discoideum на заселённый микроорганизмами участок. В результате те клоны, которые привлекли её внимание в начале экспериментов, возобновили «сотрудничество» с бактериями. «Амёбы переносят их, «засевают» среду на новом месте обитания, а потом собирают урожай», — говорит исследовательница.

Такими способностями обладала лишь одна треть всех протестированных «диких» клонов. Опыты показали, что фермерство далеко не всегда становится выгодным занятием: если недостатка пищи — бактерий — не ощущается, выигрывают оставшиеся две трети клонов. Они дают более многочисленное потомство, так как им не нужно ограничивать себя и сохранять часть еды для транспортировки.

В тяжёлые времена выигрышной, напротив, оказывается стратегия «фермеров».

Сравнение двух типов Dictyostelium discoideum также позволило установить, что «фермеры» совершают в среднем более короткие путешествия. «Возможно, здесь есть прямая зависимость, ведь с развитием земледелия человек тоже стал перемещаться на меньшие расстояния, — рассуждает сторонний учёный Майкл Пуругганан (Michael Purugganan) из Нью-Йоркского университета. — Сначала, впрочем, мне хотелось бы понять, дают ли амёбы бактериям возможность развиваться на новом месте. Если «фермеры» не выдерживают необходимую паузу, вся их деятельность сведётся к простому запасанию и переноске пищи».

Полная версия отчёта будет опубликована в журнале Nature.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Недокормленный одноклеточный слизевик Dictyostelium discoideum может образовывать многоклеточные структуры, сходные с эпителием высших организмов.

Спороносная «ножка» Dictyostelium discoideum (фото Richard kessel & Gene Shih / Visuals Unlimited)Простой одноклеточный организм, амебоидный слизевик с латинским названием Dictyostelium discoideum, оказался в состоянии формировать тканеподобные структуры. Для этого несколько особей должны объединиться для образования спор.

Собственно, образование многоклеточного плодового тела у слизевика не совсем свежая новость, но до сего дня никто не вникал в детали процесса. Когда Dictyostelium discoideum не хватает еды, множество клеток объединяются, чтобы образовать споры и отправить их на поиски более пригодного места обитания. При этом теперь уже многоклеточный организм формирует вытянутую «ножку», или «стебелёк», которая и образует споры. Ну а сам «стебелёк» строится из особой группы клеток, якобы несущих ответственность за образование плодового тела. Молекулярная структура последних долгое время оставалась невыясненной.

Дэниэл Дикинсон из Стэнфордского университета (США) нашёл в этих верхушечных клетках плодового тела слизевика два белка, очень похожих на катенины — ключевые компоненты в поляризации клеток у животных. Тут необходимо подчеркнуть, что поляризация клеток (когда у них появляются молекулярно-морфологические «перед» и «зад», или «верх» и «низ») — это главный процесс в развитии организма и образовании всякой ткани и органа.

Так вот, г-н Дикинсон с коллегами обнаружил: у клеток верхушки плодового тела определённые органеллы собраны на одном краю, что напоминает строение эпителиальной ткани у животных. Исследователи выключали два белка — Ddα-катенин и белок Aardvark (второй из белков слизевика, сходных с катенинами). Такой диктиостелиум был не в состоянии формировать спороносное плодовое тело, а клетки «ножки» не обладали признаками поляризации. Как выяснилось, клетки с выключенными белками оказались неспособными выделять целлюлозу и прочие экспортные вещества, на которых и можно было «строить» спороносную ножку.

Подробно результаты исследования описаны в статье, которая вышла в журнале Science.

В целом работа добавляет данных новой гипотезе о возникновении многоклеточности, согласно которой весь генетический инструментарий для этого эволюционного скачка создавался заранее. И для образования многоклеточного тела организмам нужно было лишь применить имеющийся арсенал средств.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА