Біблологи з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго виявили серед бактерій сінної палички (), організованих у біоплівки, поділ праці і кооперацію, що підпорядковують «егоїстичні» інтереси окремих бактерій на благо і процвітання всієї колонії. Роботу опубліковано в журналі.
У ряді випадків, зазвичай при несприятливих умовах середовища, багато видів бактерій утворюють біоплівку - протяжну колонію мікроорганізмів. У біоплівці окремі клітини бактерій з'єднані один з одним за допомогою матрикса - спеціалізованих білків, які мікроорганізми виділяють у зовнішнє середовище. Важливою особливістю біоплівки є її висока стійкість до антибіотиків та інших шкідливих для бактерій хімічних речовин. Іноді вона може в десятки тисяч разів перевищувати стійкість тих же самих мікроорганізмів, але у вигляді суспензії в рідкому середовищі.
Справа в тому, що частина бактерій в біоплівці становить її зовнішній шар, а інша частина внутрішній. При атаці ззовні, наприклад, за допомогою антибіотиків, зовнішні мікроорганізми приймають на себе головний удар і піддаються максимальному ризику загибелі, одночасно захищаючи собою бактерії внутрішнього шару. Однак периферичне становище не тільки небезпечне, але й дуже вигідне, оскільки контактуючи з навколишнім середовищем бактерії можуть вільно харчуватися і безконтрольно розмножуватися.
Якби бактерії діяли як «раціональні егоїстичні агенти», то так би і відбувалося. У цьому випадку колонія б швидко розросталася по периферії, а внутрішній шар клітин гинув би від голоду, що в підсумку призводило б до руйнування біоплівки. Тим не менш, зазвичай так не відбувається - внутрішній шар бактерій відіграє ключову роль у шансах на виживанні всієї колонії в цілому, так як після загибелі зовнішнього шару саме вони замінюють «полеглих», не даючи зруйнувати цілісність біоплівки і забезпечуючи настільки високу її стійкість.
Щоб відповісти на питання, як бактеріям в біоплівці вдається зберегти її цілісність (незважаючи на егоїстичні інтенції кожної окремої клітини) дослідники створили почесну модель колонії в спеціальному мікрофлюїдному пристрої. У таких умовах колонія бактерій могла рости тільки в двох вимірах, зростання в товщину обмежувалося стінками пристрою. Таким чином вдалося отримати бактеріальні спільноти, в яких кількість поживних речовин у конкретної клітини залежить тільки від її відстані від центру колонії: чим далі, тим їх більше.
Виявилося, що в таких умовах зростання колонії стає осцилюючим: фази інтенсивного розширення змінюються фазами спокою, причому зростання відбувається тільки на периферії, в той час як внутрішні клітини колонії не діляться (але і не гинуть). Під час декількох експериментів з використанням різних джерел азоту (саме вони визначали «пляшкове горлечко» швидкості зростання) вчені показали, що в біоплівці внутрішні клітини контролюють зростання зовнішніх, а зовнішні - зростання внутрішніх. Зовнішні клітини транспортують всередину колонії глутамат з культурального середовища, а внутрішні клітини постачають зовнішнім необхідний для його використання амоній. Це обмежує швидкість зростання зовнішнього шару і ставить його під контроль шару внутрішнього.
Важливо відзначити, що, теоретично, зовнішні клітини можуть подолати залежність від внутрішніх і стати самодостатніми (але не навпаки). Однак закладені в геномі механізми не дають цьому статися швидко - саме це сприяє виживанню колонії як цілого.
Автори зазначають, що розкриття цього механізму взаємозалежності дозволяє пояснити аномальну реакцію деяких біоплівок на антибіотики, коли їх додавання в середу тільки посилює зростання колонії за рахунок загибелі зовнішнього шару клітин. Крім того, дослідження дозволяє створити нову стратегію боротьби з бактеріями, коли за рахунок спеціальних поживних речовин стимулюється інтенсивне зростання колонії, що знищує внутрішній шар клітин, а потім зовнішній шар вбивають за допомогою традиційних антибіотиків.