Исследование гибели дубов помогает понять механизмы инфекционных заболеваний
Британские дубы находятся под угрозой из-за болезни, известной как Острое увядание дуба (Acute Oak Decline). Она поражает в основном зрелые деревья и может убить их в течение 4–5 лет после появления симптомов. Однако исследования причин и методов предотвращения болезни затруднены необходимостью следовать классическим научным правилам — постулатам Коха.
Более 100 лет ученые определяли возбудителя болезни как единый организм, следуя этим постулатам. Однако современные исследования болезней растений и животных показывают, что эти правила слишком строги. Необходимо учитывать, как несколько бактерий взаимодействуют, вызывая заболевание, в рамках концепции «патобиома».
Патобиом — это сообщество взаимодействующих бактерий, которые совместно вызывают заболевание. Например, Острое увядание дуба возникает из-за нескольких бактерий, которые вместе разрушают сосудистые ткани дерева, блокируя транспорт воды и питательных веществ. Недавно были идентифицированы два ключевых возбудителя: Brenneria goodwinii и Gibbsiella quercinecans. Также обнаружены Lonsdalea britannica и виды Rahnella, но их роль пока неясна.
По отдельности бактерии патобиома безвредны или слабопатогенны. Но вместе вероятность, частота и тяжесть заболевания возрастают. Это создает «эмерджентное свойство», когда болезнетворный потенциал сообщества превышает сумму потенциалов отдельных организмов.
Проблема постулатов
До работы немецкого биолога Роберта Коха в XIX веке причины болезней были неизвестны. В 1890 году он сформулировал постулаты как стандарт для доказательства причинно-следственной связи:
- Возбудитель обнаруживается во всех случаях болезни.
- Возбудитель не встречается при других заболеваниях.
- Выделенный и выращенный в чистой культуре возбудитель вызывает болезнь заново.
Позже постулаты адаптировали для вирусов и учли существование бессимптомных носителей. В 1980-х их расширили, признав, что за болезнь может отвечать один ген (удаление гена из ДНК бактерии лишает её патогенности).
Бактериальные сообщества
Сегодня всё чаще признаётся, что болезни вызываются сообществом бактерий, а не одним организмом. Например, исследование холеры в Бангладеш (2014) показало: у выздоровевших людей в кишечнике много бактерии Ruminococcus obeum. Она подавляет возбудителя холеры Vibrio cholerae, вмешиваясь в его систему коммуникации — чувство кворума.
V. cholerae координирует атаку, выделяя сигнальные молекулы. R. obeum выпускает свой сигнал, который мешает V. cholerae достичь критической массы для выработки токсинов. Таким образом, состав бактериального сообщества кишечника определяет, заболеет человек холерой или останется здоровым.
Растения, как и люди, являются хозяевами для множества видов бактерий. Здоровые растения могут влиять на состав микробов, выделяя в почву гормоны, которые стимулируют рост полезных видов. Не здоровые растения теряют эту способность, что приводит к изменению микробного сообщества и может способствовать развитию болезни.
Условно-патогенные бактерии, такие как Pseudomonas aeruginosa PA14, могут вызывать болезнь только в уже ослабленном организме, где иммунная система нарушена или отсутствуют конкурирующие бактерии. Это противоречит постулатам Коха, где возбудитель должен быть однозначно патогенным.
Таким образом, необходимо учитывать патобиом как ключевой фактор заболевания. Каждая бактерия может вызывать разную степень болезни в зависимости от присутствия других бактерий. Возможно, ученым нужен новый набор постулатов, отражающий знания, накопленные за более чем 100 лет после работы Коха.