Филаментация Vibrio cholerae способствует прикреплению к поверхности хитина ценой конкурентного преимущества в биоплёнках

Коллективное поведение в пространственно организованных сообществах, или биоплёнках, является обычным для микробов в естественной среде. Хотя образование биоплёнок изучается уже десятилетиями, механистическая и экологическая связь между морфологией отдельных клеток и формирующимися свойствами клеточных сообществ остаётся в зачаточном состоянии. Здесь мы использовали конфокальную микроскопию с разрешением на уровне одной клетки, чтобы изучить биоплёнки патогена человека в условиях, имитирующих его морскую среду. В предыдущих работах отмечалось возникновение клеточной филаментации у этого вида, при этом склонность к филаментации варьировала как у токсигенных, так и у нетоксигенных штаммов. Используя филаментирующий штамм O139, мы показали, что клетки с таким морфотипом получают выраженное конкурентное преимущество при колонизации и распространении на частицах хитина — материала, от которого для роста в морской воде зависят многие морские виды. Кроме того, филаментозные клетки могут формировать биоплёнки, не зависящие от основных секретируемых компонентов матрикса биоплёнки; по-видимому, структурная прочность таких биоплёнок обусловлена по крайней мере отчасти запутанной сетью самих клеток. Преимущество, которое филаментозные клетки получают на ранних этапах колонизации и роста на хитине, нивелируется в экспериментах длительной конкуренции с вариантами, секретирующими матрикс: их плотно упакованные структуры биоплёнки вытесняют конкурентов с поверхности. В целом наши результаты выявляют альтернативный тип архитектуры биоплёнки, зависящий от филаментозной морфологии клеток и выгодный в средах с быстрым обновлением частиц хитина. Это наблюдение даёт экологически релевантный пример того, как морфология клетки может влиять на приспособленность бактерий.