Учёные раскрыли происхождение патогенных бактерий
Международная команда исследователей выяснила, как бактерии-патогены, вызывающие болезни у людей, скота и растений, эволюционировали из свободноживущих предков. Их работа, опубликованная в Nature Microbiology, показывает, что переход к патогенности у бактерий порядка Rickettsiales происходил поэтапно и включал как потерю и приобретение генов, так и изменение функции существующих.
Водные родственники патогенных бактерий
Изучая микробное разнообразие океанических вод, учёные обнаружили несколько новых видов бактерий, отдалённо родственных Rickettsiales. Эта группа включает облигатных внутриклеточных бактерий, таких как возбудитель эпидемического сыпного тифа Rickettsia prowazekii и заражающая большинство насекомых Wolbachia.
«Было несколько неожиданно найти далёких родственников Rickettsiales в океанических водах. Мы задались вопросом, являются ли эти бактерии, как и Rickettsiales, облигатными внутриклеточными патогенами или же они часть свободноживущего бактериопланктона», — говорит Макс Эмиль Шён из Уппсальского университета, соавтор исследования.
Геномы новых бактерий были восстановлены из метагеномных данных, что позволило избежать необходимости выращивать их в лаборатории. «Большинство микробной жизни на Земле в настоящее время нельзя культивировать в лаборатории», — объясняет профессор Тейс Эттема из Вагенингенского университета, руководивший работой.
Новые виды «не похожи на патогенных родственников»
Анализ геномов показал, что образ жизни новых бактерий сильно отличается от их патогенных родственников. Их геномы содержат множество генов, отсутствующих у Rickettsiales, в том числе гены, связанные с подвижностью, прикреплением к поверхностям и формированием биоплёнок.
«Присутствие таких генов указывает на свободноживущий образ жизни», — отмечает соавтор Йоран Мартин.
Типичные гены патогенного образа жизни, например, участвующие в энергетическом паразитизме или манипуляции клеткой хозяина, обнаружены не были. Однако учёные нашли гены, кодирующие систему секреции IV типа — микроскопическую иглоподобную структуру, которую бактерии используют для взаимодействия с клетками.
«Мы предполагаем, что эта система использовалась не для взаимодействия с клетками хозяина, как у других Rickettsiales, а скорее для уничтожения бактерий-конкурентов или защиты от хищных микробов», — добавляет Мартин.
Поэтапная эволюция патогенного образа жизни
Сравнив геномы новых видов с известными Rickettsiales, исследователи реконструировали эволюцию паразитизма и патогенности в этой группе.
«Мы предполагаем, что свободноживущий предок Rickettsiales изменил функцию своей иглоподобной системы секреции IV типа, чтобы взаимодействовать с клетками хозяина и манипулировать ими», — предполагает Эттема.
«Впоследствии, по мере того как предковые Rickettsiales становились более зависимыми от хозяина в получении метаболитов и энергии, многие метаболические гены и гены, связанные со свободным образом жизни, были утрачены. Этому сопутствовало приобретение генов, вовлечённых в манипуляцию хозяином и энергетический паразитизм», — добавляет он.
Команда надеется в будущем культивировать новые виды в лаборатории, чтобы детальнее изучить эволюционный путь к паразитизму и патогенности у Rickettsiales.