Черви-«нахлебники» используют защитные системы бактерий

Ученые расшифровали сенсорную цепь у червей, которая позволяет им выбирать, тратить ли энергию на самозащиту или полагаться на помощь соседних бактерий. Исследование опубликовано в eLife.

Описана новая сенсорная цепь, которая, если она сохранилась у людей, может быть использована для включения защитных механизмов и улучшения здоровья и долголетия.

Бактерии, грибы, растения и животные выделяют перекись водорода (H₂O₂) как оружие. В защиту клетки используют ферменты каталазы, чтобы расщепить H₂O₂ на воду и кислород. Однако неизвестно, координируется ли этот механизм между разными клетками.

«Мы предположили, что координация этих клеточных защит от H₂O₂ на основе сигналов окружающей среды была бы выгодна, так как экономила бы энергетические затраты на защиту», — объясняет ведущий автор Джоди Шиффер. — «Мы использовали червя Caenorhabditis elegans, чтобы изучить, играет ли мозг роль в этой координации, собирая и интегрируя информацию из окружающей среды».

Шиффер и ее команда обнаружили у червей 10 различных классов сенсорных нейронов, которые могут положительно или отрицательно контролировать устойчивость к перекиси. Среди них была пара нейронов, чувствительных к вкусу и температуре, которая вызывала наибольшее увеличение устойчивости, и команда решила изучить их подробнее.

Чтобы определить, как нейроны передают сообщения, приказывая червю изменить свои защитные механизмы, команда занялась поиском задействованных гормонов. Они обнаружили, что когда у червей не хватало гормона DAF-7, их устойчивость к перекиси удваивалась. Методом исключения генов они установили, что нейроны выделяют DAF-7, который, в свою очередь, сигнализирует через известный путь коммуникации, через клетки-интернейроны, чтобы скоординироваться с защитными системами в кишечнике. Вместе они контролируют устойчивость червя к перекиси.

Поскольку черви могут подвергаться воздействию перекиси через пищу, а особи с дефектным гормоном DAF-7 имеют проблемы с питанием, команда далее исследовала, влияет ли питание напрямую на защиту от перекиси. Они поместили червей, никогда не подвергавшихся перекиси, на чашки с бактериями Escherichia coli (E. coli) — их любимой пищей — и измерили устойчивость. Черви, выращенные на чашках с наибольшим количеством E. coli, были наиболее устойчивы. Напротив, у червей, выращенных без E. coli всего два дня, устойчивость упала в шесть раз. Черви с мутацией, замедляющей питание, также имели более низкую устойчивость. Вместе эти результаты предполагают, что присутствие E. coli важно для устойчивости к перекиси.

Чтобы проверить это, они посмотрели, могут ли бактерии защитить червей от летального воздействия перекиси. Червей подвергли высоким дозам H₂O₂, которые обычно их убивают. В присутствии мутантной E. coli, не способной производить расщепляющую перекись каталазу, черви погибали, тогда как в присутствии дикого типа E. coli они были защищены.

«Мы идентифицировали сенсорную цепь в мозге червя, которая помогает им решать, когда уместно использовать собственную защиту, а когда лучше «прокатиться зайцем» на защите, предоставляемой другими в окружающей среде», — заключает старший автор Хавьер Апфельд. — «Поскольку сенсорное восприятие и каталазы также определяют здоровье и долголетие у других животных, возможно, что сенсорная модуляция может быть многообещающим подходом для включения защитных систем, способных улучшить здоровье и увеличить продолжительность жизни».