Клещи, переносящие болезнь Лайма, производят антибиотик для защиты от бактерий человеческой кожи

Клещи ведут опасный образ жизни, проводя большую часть времени в поисках хозяина в самых разных средах обитания и сезонах. Найдя рептилию, птицу или млекопитающего, они на несколько дней вступают с ним в тесный контакт — а значит, и со всеми его бактериями и вирусами. Хотя клещи печально известны как переносчики патогенов, таких как бактерия болезни Лайма, как их иммунная система защищает их самих от заражения?

Исследование, опубликованное в журнале Cell 10 декабря 2020 года под руководством Симай Чоу, Ph.D. (Калифорнийский университет в Сан-Франциско), даёт ответ на эту загадку. Работа показывает, что клещи — это тонко сконструированные кровососущие машины с иммунной системой, специально адаптированной для такого образа жизни. Их защитные стратегии работают как внутри, так и снаружи тела, убивая даже резидентные микробы хозяина во время питания.

Пять лет назад в работе, опубликованной в Nature, Чоу и коллеги обнаружили в ДНК клеща ген, кодирующий белок, убивающий микробы. В новом исследовании Чоу использовала это открытие, чтобы показать: без защиты этого гена клещи становятся уязвимыми для заражения Staphylococcus — одним из самых распространённых видов «комменсальных» бактерий, которые покрывают поверхность нашей кожи, но обычно нам не вредят.

«Это первый случай, когда кто-то определил естественный патоген для клещей и установил механизм его действия», — сказала Чоу. «Клещи передают людям, скоту и другим животным больше микробов, чем любой другой известный членистоногий, но теперь и их собственные уязвимости стали известны».

Исследуемый ген клеща, известный как dae2, изначально эволюционировал у бактерий, где кодируемый им белок работал как наступательное средство против других бактерий. Несколько сотен миллионов лет назад, примерно в то время, когда предки некоторых современных клещей начали питаться кровью, они «украли» этот ген, сделав его частью своего собственного генома. По словам Чоу, dae2 представляет собой редкий пример так называемого горизонтального переноса гена от бактерии к животному, и тот факт, что этот перенос произошёл по мере эволюции кровососания, может быть не случайностью.

Когда Чоу начала работать с dae2 у оленьего клеща Ixodes scapularis, она думала, что приобретение гена связано с защитой от бактерий, обитающих в клещах, таких как B. burgdorferi (возбудитель болезни Лайма). Однако после серии экспериментов пришло озарение: «Не имеет смысла, чтобы клещи приобрели этот иммунный эффектор для уничтожения бактерий, с которыми они, как известно, стабильно сосуществуют».

Вместо этого лаборатория начала искать бактерии, с которыми клещи не живут мирно. Когда соавторы Бет М. Хейс, Ph.D., и Атанас Д. Радков, Ph.D., предложили проверить идею, что dae2 защищает от бактерий Staphylococcus, Чоу отнеслась скептически. Но после добавления белка Dae2 в мутную пробирку с культурой стафилококка «пробирка стала прозрачной примерно за секунду».

Как подробно описано в статье, исследователи провели серию экспериментов. Они сравнили гены dae у различных видов клещей с исходными бактериальными генами tae, использовали компьютерное моделирование белков и протестировали белки на реальных молекулах бактериальных клеточных стенок. Белок Dae2 быстро разрушал материал, взятый у обычных кожных бактерий, в то время как Tae2 — нет. Dae2 также убивал широкий спектр бактерий, в частности три очень распространённых вида, являющихся симбионтами человеческой кожи.

Исследователи обнаружили белок Dae2 в слюнных железах и слюне клещей и увидели, что оттуда он передаётся хозяину, чьей кровью питается клещ. Когда команда нейтрализовала эффект Dae2 у группы насосавшихся крови клещей (с помощью техники РНК-интерференции на одних мышах и иммунизации других мышей к этому белку), они обнаружили более высокий уровень бактерий Staphylococcus, чем у клещей с функционирующим белком. Эти клещи также оставались меньше и набирали меньше веса.

«Это новый взгляд на взаимодействие клещей с микробами», — сказала Чоу. Микробы, переносимые клещами, вызывают болезни у людей и животных по всему миру, но это лишь половина истории. «Их комменсал — наш патоген, а наш комменсал — их патоген».