Кишечная бактерия моли защищает хозяина, производя антибиотик

Почти половина всех насекомых — травоядные, но в их рацион могут попадать и потенциально вредные микроорганизмы. В исследовании, опубликованном 19 января в Cell Chemical Biology, сообщается, что насекомые используют ироничную стратегию для защиты от инфекций. Бактерия Enterococcus mundtii, часто встречающаяся в кишечнике хлопковой совки и других молей, выделяет мощный антимикробный пептид, убивая конкурентов и защищая хозяина от патогенов.

«Давно предполагалось, что аутохтонные кишечные бактерии — важный компонент защиты хозяина, но до сих пор ответственные виды и молекулярный механизм не были чётко продемонстрированы, — говорит первый автор работы Юнци Шао из Чжэцзянского университета. — Мы показываем, что эволюционный успех насекомых частично основан на симбиозе с кишечными микробами, которые коэволюционировали с хозяевами миллионы лет».

Насекомые — самая многочисленная группа животных на Земле. Будучи важнейшими травоядными, они поглощают микробы с растений, но при этом обладают высокой устойчивостью к инфекциям. Всё больше данных указывает, что кишечные бактерии защищают хозяев от вторжения патогенов, но виды, обеспечивающие этот эффект, редко идентифицированы, а механизм их действия неясен.

Ключ к разгадке появился при изучении хлопковой совки (Spodoptera littoralis). Учёные заметили, что состав кишечного микробиома этого вредителя резко меняется в ходе личиночного развития. Молодые личинки заселены разнообразными вирулентными видами Enterococcus, а у старших личинок доминирует E. mundtii, который редко документируется как патоген.

Исследователи изолировали разные виды Enterococcus из личинок и изучили их конкуренцию. Они обнаружили, что E. mundtii подавляет рост родственных видов, выделяя антимикробный пептид мундтицин KS. Этот токсин не обнаруживался у молодых личинок, но его уровень резко возрастал у старших личинок из-за экспансии популяции E. mundtii, эффективно формируя микробиом.

«Антимикробный пептид способствует симбиозу, давая E. mundtii конкурентное преимущество и способствуя его доминированию в микробиоме, одновременно защищая хлопковую совку от патогенов, — говорит старший автор Вильгельм Боланд из Института химической экологии Макса Планка. — Мы ожидаем, что защитные ассоциации с бактериями, производящими антибиотики, — обычная стратегия насекомых против микробных захватчиков».

В будущих исследованиях учёные проверят, существуют ли подобные механизмы у других видов насекомых, и будут искать другие токсичные соединения, формирующие микробиом в ходе развития хозяина. Эти открытия могут иметь значение для сельского хозяйства и медицины. Например, антимикробные пептиды можно использовать как консерванты, а понимание роли аутохтонных кишечных бактерий может помочь в разработке новых стратегий биоконтроля вредителей.

«Наше исследование также предлагает интересные подходы для медицинских исследований, — говорит Шао. — Многие традиционные антибиотики сталкиваются с растущими проблемами резистентности. Бактериоцины, как эволюционно консервативное оружие, обладают большим потенциалом в качестве альтернативы обычным антибиотикам».