Эволюция в реальном времени: как бактерии адаптируются к своим хозяевам
Исследовательская группа под руководством Маттиаса Хорна из Центра микробиологии и наук об окружающей среде Венского университета в ходе лабораторных экспериментов изучила, как бактерии, живущие внутри клеток, адаптируются к своему хозяину. Речь идёт о роде Parachlamydia — экологических хламидиях, обитающих в воде и почве. Они не патогенны для человека, но живут внутри одноклеточных организмов и зависят от питательных веществ хозяина. Исследование опубликовано в PNAS.
Эксперимент: 500 поколений бактерий
В лаборатории наблюдали эволюцию Parachlamydia внутри одноклеточного хозяина в течение 14 месяцев, что соответствует примерно 500 поколениям бактерий (около 15 000 лет в пересчёте на человеческое время).
Бактерии содержали в двух разных условиях:
- Частая смена хозяина: бактерии должны были регулярно заражать новые клетки для выживания.
- Постоянный хозяин: бактерии могли размножаться внутри одной и той же клетки-хозяина, переходя в её дочерние клетки при делении.
Результат: Инфекционность бактерий не менялась, если они оставались в пределах одного хозяина. Однако бактерии становились всё более инфекционными, когда им приходилось переходить от одной клетки-хозяина к другой.
Молекулярные механизмы адаптации
Учёные сравнили гены бактерий в начале эксперимента и после 500 поколений эволюции. Было обнаружено 1161 различие в геномах двух групп.
Но ключевую роль сыграл анализ экспрессии генов (использования почти 2500 генов во время заражения). У инфекционных бактерий, переходящих между хозяевами, изменилась экспрессия генов, отвечающих за:
- механизм заражения,
- определённые метаболические пути, важные для выживания вне клеток-хозяев.
«Путь передачи играет решающую роль в развитии инфекционности у бактерий, зависящих от хозяина. Наблюдаемое увеличение инфекционности основано на множестве генетических различий и серьёзных изменениях в экспрессии генов. Эти модификации приводят к тому, что клетки-хозяева легче заражаются, а у бактерий появляется больше шансов выжить вне хозяина», — объясняет Маттиас Хорн.