Как полезные бактерии обуздывают свои патогенные корни

Многие микробы — не враги, а взаимовыгодные партнеры (мутуалисты) в наших телах. Ученые из Университета Юты выяснили, как начинаются такие отношения: оказывается, дружественные бактерии изначально вторгаются в клетки животных так же, как и патогенные. Но, попав внутрь, они «успокаиваются» и начинают вести себя мирно.

Исследование под руководством профессора Колина Дейла опубликовано 10 мая в Cell Host & Microbe и финансировалось Национальными институтами здравоохранения (NIH).

Sodalis в дикой природе

Чтобы изучить истоки симбиоза, лаборатория Дейла сравнивает генетические характеристики мутуалистического симбионта и его «дикого» предка. Таким предком стал Sodalis praecaptivus — первый вид этого рода бактерий, обнаруженный живущим независимо от насекомого-хозяина в окружающей среде (в образце из инфекции человека).

Убийственные долгоносики

Постдок Шиничиро Эномото три года создавал сотни мутантных штаммов S. praecaptivus, лишенных различных генов. Мутантов вводили долгоносикам, чтобы увидеть эффект.

Одна мутация привела к неожиданно смертоносному результату: зараженные долгоносики погибали в течение двух недель. Мутация затрагивала систему «чувства кворума» (quorum sensing), которая позволяет бактериям оценивать размер своей популяции в хозяине.

В S. praecaptivus гены чувства кворума контролируют гены вирулентности — способности агрессивно проникать в клетки. Многие патогены используют чувство кворума для активации факторов вирулентности, когда их популяция достигает критического порога для массированной атаки. S. praecaptivus же использует его, чтобы включить вирулентность только в начале заражения для успешного проникновения, а затем выключить ее для поддержания доброкачественных отношений.

Последующие тесты это подтвердили:

• Восстановление механизмов чувства кворума возвращало здоровье долгоносикам.
• Мутанты S. praecaptivus, лишенные чувства кворума, но также и генов инсектицидных токсинов, были менее вредны для хозяев.

Аналогия с такси

Дейл предполагает, что мутуалистические отношения возникают, когда бактерии используют насекомых как векторы («такси») для перемещения между другими растениями и животными, которых они заражают в природе. Чтобы компенсировать насекомому «стоимость проезда», бактерии должны предоставить что-то полезное. Это создает основу для взаимовыгодных отношений.

Неизведанный микромир вокруг

Дейл отмечает, что, несмотря на прогресс в изучении микробиома человека, мир микробной экологии, например, на обычных ветках деревьев, таит еще много открытий.

Что касается S. praecaptivus, то, несмотря на обширную генетическую работу, еще не все гены, ответственные за гибель долгоносиков, известны науке. «Это и пугает, и захватывает», — говорит Дейл.