Как кишечные бактерии передают гены, чтобы обезвредить оружие конкурентов
Новое исследование Университета Чикаго показывает, что крупный повсеместно распространенный мобильный генетический элемент изменяет антагонистическое вооружение Bacteroides fragilis — обычной бактерии человеческого кишечника.
- Приобретение этого элемента отключает мощное оружие B. fragilis (систему секреции типа VI, архитектура GA3), но одновременно вооружает её новым оружием (T6SS архитектуры GA1), к которому штамм-донор ДНК защищён.
Пружинистое копьё с ядом
- Многие виды Bacteroidales убивают соседние бактерии токсинами.
- T6SS — это наномашина с заряженной пружиной трубкой, которая впрыскивает токсины прямо в соседние клетки, как отравленное копьё.
- T6SS архитектуры GA3 есть только у B. fragilis и она очень эффективна.
- Гены T6SS архитектур GA1 и GA2 находятся на крупных мобильных генетических элементах — интегративных и конъюгативных элементах (ICEs), которые активно передаются между видами Bacteroidales в кишечнике.
Эксперимент и ключевые открытия
Исследователи во главе с профессором Лори Комсток обнаружили, что штаммы B. fragilis, получившие ICE с GA1 T6SS, переставали использовать своё родное оружие GA3.
- Механизм "отключения": Часть региона GA1 T6SS, кодирующая мембранный комплекс наномашины GA1, препятствует запуску GA3 T6SS. Кроме того, ген на ICE GA1 кодирует транскрипционный репрессор, который в кишечнике мыши полностью подавляет производство всей системы GA3 T6SS.
- Конкуренция в кишечнике: При введении равного количества изогенных штаммов B. fragilis (только GA3) и трансконъюганта (GA3 + ICE GA1) в кишечник стерильных мышей, трансконъюгант быстро вытеснил дикий тип. Это было связано с антагонизмом с помощью GA1 T6SS — первое доказательство её высокой эффективности.
- Экологические последствия: Перенос ICE GA1 меняет баланс в сообществе. Штамм B. fragilis, получивший этот элемент, больше не атакует штамм-донор и может использовать GA1 T6SS для совместной обороны экосистемы от вторжения других Bacteroidales.
Значение для науки и медицины
- Исследование демонстрирует, как быстрый горизонтальный перенос генов формирует эволюцию и взаимодействие микробиома.
- При создании синтетических консорциумов бактерий для терапий необходимо учитывать возможность генетического переноса и его потенциальные последствия.
Исследование "A ubiquitous mobile genetic element changes the antagonistic weaponry of a human gut symbiont" опубликовано 24 октября в журнале Science.