Биологический антагонизм. Микробы против микробов23.06.2021 09:32

«Выживает сильнейший», «жизнь — это борьба», «выживать — значит, бороться» — это первое или одно из первых правил природы, которое мы слышим со школьной скамьи. И действительно, наблюдая за окружающим нас миром лично или через голубые экраны мы день за днем отмечаем бесконечное противостояние: животных между собой за еду или партнера, растений за место под солнцем, животных и растений за право съесть или быть съеденным, живых организмов с болезнями, непогодой, неживой природой и человеком. Но, глубже погружаясь в изучение мира, мы понимаем, что борьба — далеко не единственный и не ведущий механизм в природе, хотя и входящий в пятерку важнейших.

Однако есть случаи, когда противостояние выходит на первый план. У животных поздних таксономических групп на исход столкновения сильное влияние оказывают возраст и пол животного, его «бэкграунд» (прошлое, детский возраст, опыт, перенесенные лишения и болезни), в конце концов, климатические условия и подручные средства. Скажете, какие могут быть подручные средства у тигра? Ландшафт и наличие деревьев тоже считается. Но у микробов нет подручных средств. Их противостояние носит почти что чистый характер — организм против организма, колония клонов против колонии клонов. Сюжет, достойный блокбастера космических масштабов. Об этом и пойдет речь сегодня.

ВНИМАНИЕ! Далее будет много картинок-фотографий плесени и бактерий. Если вы страдаете мисофобией или трихофобией или подобной фобией — то лучше не смотрите. Или смотрите, ведь свои страхи на самом деле полезно перебороть. В общем я Вас предупредила. =)

Итак, все взаимодействия любых микроорганизмов можно условно разделить на три типа:

• Нейтральные или симбиотический нейтрализм, когда ни один из микробов не оказывает значительного влияния на другого. Хотя правильнее называть их «условно нейтральные», так как накопление продуктов жизнедеятельности одного организма рано или поздно станут причиной гибели или изменения другого.

• Симбиоз (обычно комменсализм) — один из организмов так или иначе использует вторичные метаболиты (ака продукты жизнедеятельности) другого или химически преобразованный им субстрат.

• Антагонизм — самый широкий спектр взаимодействий микробов начиная от гиперпаразитической активности (т.е. один организм буквально питается другим) и заканчивая выделением в среду антибиотиков. Да, именно так однажды открыли пенициллин — наблюдая за тем, как плесень убивала другую плесень.

Дальше нам понадобится раскрыть несколько терминов.

Вторичные метаболитыАнтагонизм (греч. Antagonisma — спор, борьба) в микробиологии

При этом антагонизм наблюдается не только у родственных видов микроорганизмов, но и у таксономически далеких групп — родов, семейств и царств. Так, наиболее заметно антагонизм проявляется между разными видами бактерий и грибов. В условиях совместного роста (т.е. оказавшись в одной, более-менее естественной для обоих организмов среды) антагонизм может проявляться в двух основных формах:

• Антагонизм или гиперпаразитизм — прямое или опосредованное подавление соперника путем выделения в среду биологически-активных веществ, таких как ферменты, токсины, антибиотики.

• Антибиоз (фаговая активность) — использование противника в качестве питательного субстрата. Так любят поступать всевозможные грибы и грибоподобные бактерии.

Как это работает?

В общих чертах, весь механизм можно описать так. На пустой район приходят два бандформирования. Численность их примерно равна, и ряды постоянно пополняются рекрутами из числа местных. Обоим хочется забрать себе лакомый клочок земли с кормушкой в виде завода и ларьков, и какое-то время они просто сосуществуют, не пересекаясь между собой. Но вот в один прекрасный момент обе группы захватили под свой контроль большую часть района, и не осталось жителей, не причастных ни к одной из группировок. Наступает время разборок по-пацански.

И вот тут в дело вступает арсенал в притараненных бандами загашниках. Кто-то взял с собой копья-арматурины, кто-то — банку с кислотой, кто-то начнет городить баррикады, а кто-то — рыть окопы и ползти по канализации. Найдутся даже упыри, которые вцепятся в шею своему противнику, или кинут гранаты с химической отравой. Все это бесовство будет продолжаться до тех пор, пока одна из сторон не погибнет, полностью перебитая другой, или пока завод не встанет (вследствие окончания питательных веществ в среде).

Если переводить на язык микробиологии, то копья — это трихоцисты, длинные «иглы», часто содержащие в себе токсины, соли или ферменты. Это также могут быть сброшенные органы движения — реснички или жгутики. Клетка с силой выстреливает ими в окружающее пространство, буквально превращая потенциального врага в ежа. Таким оружием пользуются инфузории, например.

Трихоцисты инфузории туфельки (фиксированный микропрепарат). Фото наглядно показывает, как ферменты колоний Bacillus subtilis активно лизируют плесневый гриб, буквально растворяя его. Источник https://biofirst.3dn.ru/photo/4–0–3–3

Кислота — литические (растворяющие) ферменты, которые микроорганизмы обычно используют для добычи питательных веществ. Универсальное оружие, так или иначе используемое большинством микробов. Гранаты — летучие споры, способные залететь на чужую территорию и там прорасти, либо на участке, где враг еще слаб, либо прямо поверх него.

Излюбленный прием всевозможных плесневых грибов, особенно аспергиллов и пенициллов

— ох уж этот бич неопытных студентов-микробиологов, проникающий в малейшие щели и портящий чашки Петри с опытами. Да еще и живучий — плохо простерилизованная среда часто является причиной их распространения в лаборатории.

«Залетные» грибы: споры часто заносятся с током воздуха в момент приоткрытия крышки чашки Петри. Иногда они попадают и под закрытую крышку. А иногда неопытные студенты неосторожно берут чашки… Источник: фото автора

Баррикады — мицелиальные валики, которые создают грибы, отгораживаясь от врага, вооруженного литическими ферментами. Порой эти крепости из гиф достигают такого размера, что видны невооруженным глазом.

Для тестирования микробного антагонизма используют разные методы. Метод наложения петли характерен тем, что чашка Петри с агаризованной питательной средой засевается «газоном» — равномерно распределенным вредным организмом. Поверх «газона» специальным инструментом (микробиологической петлей) наносят тестируемый образец антагониста. На фотографии видно, что тестовый образец настолько неприятен грибу Fusarium solani, что тот образует валики — тглубоко уходящие в агар, чтобы не пропустить врага на свою территорию. Источник: фото автора.

Упырями, как нетрудно догадаться, можно назвать тех самых гиперпаразитов, которые просто обрастают и сжирают своего врага, наплевав на все его вооружение. В этом им помогают либо прочная оболочка (как у грибов), либо высокая скорость роста (стрептомицеты).

Streptomyces felleus обрастает и лизирует гифы гриба Fusarium sporotrichioides. Источник: фото автора.

Надо сказать, что войны невидимого фронта были замечены людьми еще задолго до того, как был изобретен микроскоп и открыты сами микробы. Именно антагонизм приводит к тому, что продукты сбраживания (сыр, квас, кефир, вино, квашенные овощи) дольше не поддаются порче. Антагонизм же и делает молочные продукты полезными — молочные бактерии разных видов являются антагонистами кишечной палочке и гнилостным грибкам.

Trichoderma asperellum (тонкие гифы) срастается с F. sporotrichioides (толстые гифы с гранулами), чтобы закусить им. Со стороны кажется будто какие-то красные нити монстра пытаются выбраться из чашечки петри. Источник: фото автора.

Тот же пеницилл использовали еще древние Египтяне. С помощью антагонизма также осуществляют биологическую деконтаминацию — т.е. очистку от вредных веществ и микробов различных продуктов, водоемов со сточными водами и даже почву. Его используют в биофильтрах для аквариумов и бассейнов, он стал основой био- и медпрепаратов. Антагонизм применяют и в сельском хозяйстве, и на дачном участке: многие препараты с ростостимулирующим и фунгицидным (противоплесневым) эффектом содержат в себе живые споры специально выведенных штаммов бактерий и симбиотических грибов.

Вот такая вот наука микробиология — увлекательная и необычная.

Автор Людмила Хигерович (биотехнолог) . Статья опубликована в нашем научном сообществе Фанерозой

Источники