I dessa magra tider vägrar smarta konsumenter att betala mycket för engångsartiklar, men kommer att lägga ut lite mer för produkter som kan användas om och om igen. Detsamma gäller bakterier och andra mikrober, har forskare vid University of Michigan lärt sig.
Dessa organismer "spenderar" mer på proteiner som kommer att användas och återvinnas internt än på proteiner som utsöndras från cellen och går förlorade till miljön, säger doktorand Daniel Smith, huvudförfattare till en artikel publicerad online i öppen åtkomsttidskrift mBio.
Proteiner är uppbyggda av byggstenar som kallas aminosyror, som varierar i storlek, komplexitet och kemiska egenskaper. Dessa skillnader gör att vissa aminosyror är billigare för celler att producera än andra. Proteiner gjorda av mestadels billiga aminosyror är därför mindre kostsamma för organismen än proteiner som består av mer energimässigt dyra aminosyror. Så mycket är uppenbart, men sambandet mellan ett proteins placering och dess kostnad har inte uppskattats förrän nu.
Smith blev intresserad av proteinekonomi när han studerade ett bakterieprotein som heter CsgA, en viktig komponent i curli (fibrer som pryder ytorna på E. coli och vissa andra bakterier och som tros vara inblandade i att orsaka sjukdom). CsgA är rikt på glycin, en billigt producerad aminosyra, så CsgA borde också vara billigt för bakterier att producera. Men exakt hur billigt?
För att ta reda på det, slog Smith och medförfattaren Matthew Chapman, en docent i molekylär-, cell- och utvecklingsbiologi, först upp tidigare sammanställda syntetiska kostnader för alla aminosyror som finns i proteiner. De använde dessa siffror för att beräkna den totala kostnaden för varje E. coli-protein; sedan för varje protein delade de den totala kostnaden med antalet aminosyrasubenheter i proteinet för att komma fram till en genomsnittlig kostnad.
"När vi jämförde alla proteiner i E. coli, fann vi att CsgA var en avvikare", sa Smith. "Det var en av de billigaste att producera."
Det fyndet är vettigt ur bakteriens synvinkel.
"Om du gör massor av curlifibrer utanför din cell, kommer det att bli en enorm ekonomisk kostnad", sa Smith. "Om du kan minska den kostnaden, då kan du konkurrera ut dina grannar - du är bättre anpassad."
Även om de flesta av E. colis proteiner är interna, visade resultaten att majoriteten av dess billiga proteiner finns på utsidan. Återigen, detta är biologiskt vettigt, sa Smith.
"Bakterier är sekretionsmaskiner", sa han. "De är väldigt bra på att få ut proteiner ur cellen. Men de har inget importsystem. De är väldigt dåliga på att få in proteiner igen. Så när de utsöndrar proteiner förlorar de resurser."
Smith och Chapman kontrollerade sina resultat genom att använda flera olika mått - kemisk energi, massa, kolinnehåll - för att beräkna proteinkostnaden. Slutsatsen var alltid densamma: extracellulära proteiner är mer ekonomiska. Faktum är att ett proteins läge är en bättre prediktor för dess ekonomi än dess överflöd, funktion eller storlek.
Buggarnas sparsamma sätt ger stora besparingar. Genom att bara titta på proteinerna som finns i flagellumet - en svansliknande, roterande yttre struktur som vissa bakterier använder för att driva sig själva genom vätskor - beräknade Smith och Chapman att den energi som sparas räcker för att rotera flagellumet i 24 minuter.
"Med tanke på den förväntade fördubblingstiden för en E. coli-cell är det som att få gratis bränsle för livet", sa Smith.
E. coli, det visar sig, är inte den enda mikrobiella snålen. Forskarna gjorde liknande beräkningar av proteinekonomin för ett brett spektrum av bakterier, såväl som för jäst, och fann samma trend: proteiner som utsöndras till den extracellulära miljön består av delar som är billigare att producera än vad proteiner som finns inuti cellen.
Naturligtvis är det inte enskilda bakterier och jäst som bestämmer vad de ska spendera på proteinerna de producerar. Deras tightwad-tendenser har formats av naturligt urval.
"Evolution måste balansera funktion och kostnad", sa Chapman. "Funktion är viktigast - om en organism gör ett billigt protein som inte fungerar effektivt är det ett slöseri. Men om en aminosyrasubstitution minskar metabola kostnader utan att påverka funktionen, kommer det att förbättra organismens evolutionära kondition."
