Это язык малых химических молекул, которые микробы выделяют вокруг себя. В основном, это информационные молекулы и молекулы с антимикробным эффектом, позволяющие влиять на своих соседей.

Например, установлено, что некоторые стафилококки (Staphylococcus lugdunensis) снижают размножение другой бактерии, золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus) за счет продукции природного антибиотика лугдунина. И даже после нескольких смен поколений золотистый стафилококк не развивает устойчивость к антимикробному действию лугдунина. Другие же стафилококки (S. epidermidis и S. hominis) также продуцируют l-антибиотики, которые как и еще один антимикробный пептид (кателицидин LL-37) эффективно противодействуют золотистому стафилококку.

Интересно, что и свое поведение в отношении человека бактерии могут менять под влиянием своих микробных соседей. А именно, в экспериментах тот же золотистый стафилококк менял свои свойства от патогенного (опасного для человека) до комменсального (полезного) при нахождении рядом комменсальной бактерии-защитника Corynebacterium striatum.

Эти малые молекулы могут стать основой для разработки и новых лекарств. В частности, l-антибиотики – новый класс полициклических пептидных природных антибиотиков, продуцируемых бактериями в составе микробиома. Бактерии синтезируют эти молекулы на основе определенного гена, в котором также находятся данные об иммунной системе этой бактерии. Все это для того, чтобы бактерия не уничтожила сама себя с помощью этого вещества, l-антибиотика. Уже доказано, что l-aнтибиотик повреждает клеточную стенку и приводит к уничтожению некоторых бактерий (энтерококков).

Некоторые малые молекулы, полученные от бактерий, широко используются в пищевой промышленности. Например, в сырах, мясных продуктах, кондитерских изделиях в качестве пищевого консерватора используется нисин. Нисин (Е234) повышает срок хранения продуктов, снижая риск размножения определенных бактерий на сыре и мясе. Это малая антимикробная молекула продуцируется бактерией Lactococcus lactis. Кстати, этот консервант еще применяется и в виноделии, во время дозревания вина, чтобы предотвратить перебраживание.

Обмен же генетической информацией между бактериями называется «горизонтальный перенос генов» и может происходить несколькими путями.

1) Простой захват бактериями ДНК из внешней среды (трансформация), когда, например, неопасная бактерия может захватить ген агрессии к человеку или ген устойчивости к антибиотику, и таким образом изменить свой генетический год и свойства. Этот пример свойственен многим микробам, в том числе возбудителям пневмонии.

2) Две бактерии находящиеся в непосредственном контакте могут обменяться своим генетическим материалом (конъюгация).

Рис. 9. Бактериофаг лямбда (слева), инфицирующий кишечную палочку (справа).

Victor Padilla-Sanchez. Bacteriophage Lambda Structural Model at Atomic Resolution. 2021).

3) Существуют более мелкие создания, чем бактерии, а именно вирусы. Есть вирусы, которые поражают клетки млекопитающих и человека, а есть вирусы, поражающие клетки бактерий, и такие вирусы называются бактериофаги. Так вот, эти бактериофаги способны перенести генетический материал (определенные гены) от одной бактерии – к другой (Рис. 9).

Нельзя не отметить, что часть генетического материала бактерий существует в форме плазмид. Плазмида – это небольшая молекула ДНК бактерии, обособленная от хромосом и способная независимо удваиваться. Именно в форме плазмиды передаются гены от одной бактерии к другой, в рамках горизонтального переноса. И именно в плазмидах часто скрываются гены устойчивости к антибиотикам, так широко распространенные сегодня. Что же это значит? То, что как только в сообществе бактерий у одной из них появился ген устойчивости к антибиотикам – ящик Пандоры уже открыт и другие бактерии вскоре тоже приобретут этот ген.

Методы горизонтального переноса генов часто используются в генной инженерии, чтобы поменять геном бактерии специально, для нужд человека, например, чтобы она начала производить полезное в промышленности или медицине химическое вещество. В качестве такого микро-завода выбирается хорошо изученный микроб, например, кишечная палочка или дрожжевой грибок, в его геном ученые встраивают участок, отвечающий за синтез, допустим, инсулина, и вот результат – бактерия безопасно и эффективно производит инсулин, который потом используется в медицине у пациентов с сахарным диабетом. Такой инсулин называется рекомбинантным и отличается высоким качеством и чистотой.