Найден ключевой механизм симбиоза у гавайского кальмара

Эксперименты с небольшим светящимся кальмаром в Университете Висконсин-Мэдисон раскрыли сложный диалог, который позволяет только что вылупившемуся кальмару привлекать светящиеся симбиотические бактерии, маскирующие его от хищников.

Диалог начинается, когда менее пяти бактериальных клеток прикрепляются к кальмару. После того как животное чувствует бактерии, кальмар реагирует двумя способами:

• Увеличивает расщепление сахара, который в итоге направляет бактерии к их дому — светящемуся органу кальмара.
• Производит антимикробные соединения, отпугивающие другие типы бактерий.

Кальмары Euprymna scolopes родом из океана вокруг Гавайев. Днём они зарываются в дно для защиты. Ночью, во время кормёжки, для хищников, смотрящих снизу на светлую поверхность океана, они выглядят как тени. Но когда бактерии Vibrio fischeri загораются, кальмары становятся невидимыми.

В исследовании, опубликованном в Cell Host & Microbe, сообщается, что первые несколько бактерий после прикрепления к кальмару сигнализируют о масштабных изменениях в экспрессии генов кальмара.

После сигнала кальмару бактерии ждут несколько часов, прежде чем переместиться в ниши светового органа, где будут размножаться и светиться ночью. В это время ожидания кальмар высвобождает фермент для преобразования хитина (компонента его слизи) в сахар, который служит аттрактантом для бактерий. После этого начального химического разговора бактерии начинают реагировать на сигнал кальмара и перемещаются внутрь. Одновременно второе широкое изменение генной активности заставляет кальмара производить антимикробный агент.

«Мы обнаружили, что бактериям требуется "прайминг"; они не будут плыть к химическому сигналу, если не "увидят" его заранее, пока прикреплены к кальмару. Бактерии реагируют на свою среду, которую хозяин меняет после обнаружения бактерий. Мы наблюдаем настоящий диалог между хозяином и симбионтом», — говорит соавтор Кейтлин Бреннан.

Почти все высшие организмы сосуществуют с бактериями, и после вылупления или рождения большинству из них необходимо «заразиться» нужными для нормального функционирования микробами. Например, у людей «очень специфичная микробиота в каждом отделе кишечника», — говорит старший автор Маргарет Макфол-Нгай. — «У нас может быть около 700 типов во рту, 100 в желудке и 1000 в толстом кишечнике».

Кальмар предлагает ультра-простую модель для изучения симбиоза, говорит Макфол-Нгай, «где есть надежда разобраться в диалоге между партнёрами, потому что там всего два вида».

Все животные произошли от водных предков, и поэтому мы все разделяем многие системы химической коммуникации с нашими микробными компаньонами. «Пока животные эволюционировали в морской среде, они испытывали огромное давление отбора со стороны микробов в морской воде. Если вы посмотрите на один элемент этой ассоциации — как бактерии разговаривают с клетками животных, — вы увидите, что он сохранился у всех животных».

Поскольку учёные находят растущую роль — как полезную, так и вредную — этих микробов в таких областях, как иммунитет, рак и ожирение, всё начинается с разговора, говорит Макфол-Нгай.