Симбиотические бактерии в кальмаре вызывают системные изменения в организме хозяина
Новое исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences учеными из Школы океанических и земных наук и технологий (SOEST) Гавайского университета в Маноа, показало, что люминесцентные бактерии, живущие в светящемся органе гавайского кальмара-бобтейла, изменяют экспрессию генов в других органах своего хозяина.
Гавайский кальмар-бобтейл активен ночью на мелководье Гавайского архипелага. Он испускает свет, производимый его бактериальным партнером (Vibrio fischeri), для маскировки под лунный и звездный свет. Почти три десятилетия лаборатории под руководством Маргарет Макфол-Нгай и Эдварда Руби использовали эту пару как модельную биологическую систему.
Аспирантка Сильвия Мориано-Гутьеррес исследовала вопрос: влияет ли колонизация светящегося органа кальмара бактериями Vibrio на экспрессию генов в других частях его тела?
Эксперимент и ключевые открытия
Команда использовала два штамма симбионта:
- Дикий тип — ярко светится.
- Мутантный штамм 'delta lux' — не производит свет.
Они оценили экспрессию генов хозяина в трех условиях:
- Кальмары без колонизации Vibrio.
- Кальмары, колонизированные бактериями дикого типа.
- Кальмары, колонизированные мутантным штаммом.
Анализировали три органа: сам светящийся орган, глаз (который, как предполагается, координирует свечение) и жабры (основной иммунный орган).
Первое открытие: В светящемся органе самым значимым
фактором, влияющим на экспрессию генов, было не просто
присутствие бактерий, а присутствие бактерий, производящих
свет. Производство света симбионтами оказалось более важным
драйвером для генов хозяина. Интересно, что в течение 48 часов хозяин
отторгает мутантный штамм (delta-lux), что коррелирует с
транскрипционным ответом органа.
Второе открытие: Удаленные от симбионтов органы (глаз и жабры) отреагировали на условия своими уникальными паттернами экспрессии генов.
- Жабры сходно отреагировали на присутствие как дикого типа, так и темного мутанта.
- Глаз показал наиболее неожиданный результат: при колонизации органа диким типом бактерий в глазу изменилась экспрессия десятков генов, а при колонизации темным мутантом ни один ген не изменил свою регуляцию. Это подтверждает гипотезу о важной координации между глазом и светящимся органом для поведения животного.
Значение и перспективы
Как отметила Маргарет Макфол-Нгай, начало симбиоза организует скоординированную, регулируемую экспрессию множества генов в разных органах, как колонизированных, так и удаленных. Это указывает, что диалог между хозяином и симбионтами сложнее, чем предполагалось.
Будущие исследования будут направлены на выявление других возможных особенностей симбионта, запускающих такие ответы, и на понимание механизмов передачи сигналов в удаленные ткани.
Модельная система: Использование пары кальмар-Vibrio, где Vibrio fischeri — единственная бактерия, способная установить симбиоз, значительно снижает сложность по сравнению с разнообразными микробиомами (например, кишечным). Это позволяет идентифицировать и интерпретировать диалог внутри ассоциации, раскрывая стратегии, которые могут быть актуальны для понимания более сложных систем.