Bakteri memakan bakteri

Banyak bakteri menghasilkan kompleks protein untuk menyuntikkan racun di sel tetangga mereka. Ini sebelumnya dianggap menghilangkan pesaing mereka. Tetapi sekarang para peneliti di EAWAG dan ETH Zurich telah menunjukkan: bakteri pembunuh dapat bertindak sebagai pemangsa biologis yang memakan mangsanya.

Bahkan organisme kecil bisa brutal – dan tidak hanya menghilangkan pesaing makanan potensial, tetapi juga menggunakan tetangga mereka yang sudah mati sebagai sumber makanan. Ini adalah kesimpulan yang dicapai oleh kelompok penelitian yang dipimpin oleh Olga Schubert dan Martin Ackermann di Aquatic Research Institute EAWAG. Para peneliti berkolaborasi dengan tim CARA Magnabosco di ETH Zurich dan kelompok penelitian lainnya dan baru saja menerbitkan temuan mereka di jurnal Science

.

Tombak dengan ujung yang sarat racun

Para peneliti menjadi sadar akan perilaku bakteri jahat ini ketika mereka mengamati dua spesies berbeda dari bakteri berbentuk batang yang hidup di laut di ruang pertumbuhan kecil di bawah mikroskop. “Kami memperhatikan bahwa sel -sel dari satu spesies mulai hancur ketika mereka bersentuhan dengan sel -sel spesies lain,” kata Astrid Stubbusch, penulis pertama penelitian.

Kedua spesies itu termasuk genus yang sama dari apa yang disebut bakteri Vibrio. Mereka berbeda karena hanya satu spesies yang menghasilkan kompleks dari 14 protein yang berbeda. Dalam istilah teknis, kompleks ini dikenal sebagai “sistem sekresi tipe 6”, atau T6SS singkatnya. Nama teknis menunjukkan bahwa bakteri memiliki beberapa sistem seperti itu. Namun, tidak mengungkapkan sama sekali bahwa sistem ini adalah senjata yang sangat kompleks dalam perang yang diperangi bakteri di antara mereka sendiri.

Martin Ackermann memvisualisasikan T6SS sebagai tombak dengan tip yang sarat racun. Bakteri predator menembakkan tombak. Itu menembus sel tetangga, namun tanpa menyebabkan cedera fatal. “Hanya racun yang dibawa tombak ke sel tetangga membunuh sel,” kata Ackermann. Ini karena: “Sel -sel pembunuh itu sendiri kebal terhadap racun. Jika Anda menumbuhkannya, mereka terus menembaki tetangga mereka tanpa saling membunuh.”

Babak pertama sebagai bola, lalu pergi

Sel -sel mangsa, di sisi lain, milik spesies bakteri yang tidak dapat menghasilkan tombak maupun protein yang diperlukan untuk mendetoksifikasi racun. Ketika mereka diserang, mereka mati. Di bawah mikroskop, para peneliti mengamati bahwa sel -sel mangsa tidak meledak, tetapi pertama -tama menjadi bulat – dan kemudian perlahan -lahan larut.

Waktu yang dibutuhkan bagi mereka untuk larut tergantung pada cairan mana yang dipompa oleh para peneliti melalui ruang pertumbuhan kecil. Satu cairan yang terkandung alginat: Ini adalah senyawa karbon umum di laut. Namun, itu hanya dapat dipecah oleh sel mangsa dan bukan oleh sel -sel pembunuh. Cairan lain mengandung senyawa yang dapat dimetabolisme oleh – dan dengan demikian berfungsi sebagai makanan untuk – kedua spesies.

Dalam cairan dengan makanan untuk sel pembunuh dan mangsa, sel -sel bola hilang setelah hanya di bawah 20 menit, dalam cairan dengan alginat hanya setelah sekitar 86 menit. Menggunakan perhitungan model, para peneliti memperkirakan bahwa “perkiraan total gain nutrisi sel T6SS melalui lisis lambat adalah 2 kali lipat hingga 50 kali lipat lebih besar dari itu melalui lisis cepat,” tulis para peneliti dalam artikel mereka.

Seperti rubah dan kelinci

“Perbedaan dalam waktu dibutuhkan sel untuk larut bisa berarti bahwa sel -sel pembunuh memuat tombak mereka dengan racun yang berbeda,” kata Glen d'Souza, penulis terakhir penelitian. Jika sel -sel pembunuh menemukan makanan terlarut di lingkungan mereka, mereka dengan cepat membunuh sel mangsa. Ini memastikan bahwa sel -sel mangsa tidak menggerogoti makanan yang terkandung di lingkungan.

Namun, jika sel -sel pembunuh tidak dapat memakan yang lain, mereka memiliki minat besar untuk tidak kehilangan molekul organik yang terkandung dalam getah sel sel mangsa. “Jadi mereka memastikan bahwa sel mangsa di lingkungan itu mengosongkan dirinya secara perlahan sehingga mereka dapat menyerap nutrisi sebanyak mungkin,” kata D'Souza.

Sel -sel pembunuh tidak dapat tumbuh sendiri dalam cairan dengan alginat; Mereka bergantung pada sel mangsa. Sekali lagi, Ackermann memiliki gambar yang menarik: ia membandingkan alginat dengan rumput di padang rumput, sel mangsa dengan kelinci dan sel -sel predator dengan rubah. “Rubah tidak takut kelinci akan menggerogoti rumput, rubah tidak bisa memakannya,” kata Ackermann. “Rubah hanya memburu mangsanya.”

Kompleks T6SS telah diketahui para ahli selama beberapa waktu. Sampai sekarang, diasumsikan bahwa ia memediasi persaingan. “Kami telah menunjukkan bahwa ini bukan satu -satunya fungsinya,” kata Ackermann. “Sel -sel predator juga menggunakannya untuk membunuh dan memakan mangsanya.”

Disetel secara genetik untuk kehidupan predator

Untuk mengetahui seberapa luas perilaku bakteri yang baru ditemukan ini dan apa relevansi ekologis yang bisa dimilikinya, tim menyisir melalui database besar yang mengandung urutan DNA dari makhluk kecil yang telah ditangkap oleh para ilmuwan yang mencicipi berbagai habitat.

Di akhir analisis ini, dua hal jelas. Pertama, spesies bakteri yang memiliki gen T6SS sering kekurangan gen untuk metabolisasi zat kompleks (seperti alginat). Dengan kata lain, banyak sel pembunuh secara genetik disetel untuk kehidupan predator. Dalam perjalanan evolusi, mereka berspesialisasi dalam memakan sel tetangga.

Kedua, analisis genetik para peneliti menunjukkan bahwa “T6SS dapat ditemukan secara praktis di mana -mana”, kata Ackermann. Para peneliti menemukan proporsi terbesar bakteri T6SS -positif – hampir 40 persen – dalam apa yang disebut rhizosfer, yaitu ruang di sekitar akar tanaman di tanah, di mana kontak sel yang sangat dekat antara banyak mikroba yang berbeda adalah norma.

Kemungkinan efek pada pompa karbon di laut

Sel -sel pembunuh hanya membentuk sekitar 4 hingga 7 persen dari semua spesies bakteri di lautan. Namun, para peneliti mencurigai bahwa mereka mungkin berperan dalam apa yang disebut pompa karbon di laut dan dengan demikian bahkan dapat mempengaruhi iklim global

Pompa karbon didasarkan pada fakta bahwa sebagian besar kehidupan laut terjadi di lapisan air paling atas. Di permukaan, ganggang mikroskopis menangkap sinar matahari. Mereka tumbuh dan bereproduksi – dan dalam proses ekstrak karbon dioksida (CO2) dari atmosfer. Mereka membutuhkan karbon untuk membangun biomassa mereka.

Alga adalah makanan dari yang disebut zooplankton. Ini adalah banyak makhluk kecil yang berbeda yang berenang di lapisan air paling atas selama mereka hidup. Kemudian, sebagai bangkai, mereka tenggelam – dicampur dengan ganggang mati dan kotoran zooplankton masih hidup di atas mereka – perlahan dan lembut ke lapisan lautan yang lebih dalam sebagai serpihan salju laut yang disebut.

Sebagian besar serpihan dipecah oleh bakteri dalam perjalanan ini ke kedalaman. Ini membawa karbon kembali ke permukaan. Namun, beberapa serpihan tenggelam ke dasar lautan, di mana mereka tetap selama ribuan tahun. Secara total, pompa karbon menyimpan lebih dari sepuluh gigatonnes karbon dioksida setiap tahun, yang sesuai dengan sekitar seperempat emisi tahunan global.

Bagaimana sel -sel pembunuh mempengaruhi pompa karbon dengan perilaku predatornya masih belum jelas. Dalam percakapan itu, para peneliti mencantumkan beberapa mekanisme yang memungkinkan yang mempercepat atau, sebaliknya, memperlambat pompa. “Dalam kasus apa pun, sangat menarik bahwa hubungan antara sel bakteri mikroskopis dapat berdampak pada siklus karbon global,” kata Schubert.