Сигналы от панцирей крабов помогают контролировать многоликость холеры

Холера — одно из самых смертоносных заболеваний в мире, ежегодно уносящее до 140 000 жизней. Однако в водной среде, вдали от человека, та же бактерия Vibrio cholerae атакует соседние микробы токсичным «копьём» и часто крадёт ДНК у других микроорганизмов.

Новое исследование более 50 образцов V. cholerae, выделенных как от пациентов, так и из окружающей среды, демонстрирует разнообразие и изобретательность этого организма. В природе холерный вибрион часто прикрепляется к хитину — сложному сахару, из которого ракообразные и зоопланктон строят защитные панцири. Большинство штаммов способны разлагать хитин для питания, а его присутствие служит сигналом для бактерий (у которых есть рецепторы к этому материалу) запускать поведение, сильно отличающееся от того, что наблюдается при болезни у человека.

Среди изученных штаммов менее четверти могли захватывать ДНК извне. Почти все образцы из окружающей среды могли убивать другие бактерии («бактериальная дуэль»), но только 14% штаммов, выделенных от людей, обладали этой способностью.

«Бактерии, такие как Vibrio cholerae, ощущают и реагируют на своё окружение и используют эту информацию, чтобы включать и выключать гены, полезные в конкретной среде», — объяснил Брайан Хаммер, доцент Школы биологии Технологического института Джорджии.

Исследование, поддержанное NSF и Фондом Гордона и Бетти Мур, может помочь в разработке более эффективных средств против холеры. Результаты опубликованы 4 марта в журнале Applied and Environmental Microbiology.

В организме человека холерный вибрион вызывает диарейное заболевание, способное убить за несколько часов. Однако смертельный эффект фактически вызван вирусом, инфицирующим штаммы V. cholerae. Токсин, который несёт этот вирус, помогает распространять болезнь среди людей, но в окружающей среде штаммы быстро теряют вирус и адаптируют другие конкурентные механизмы.

Для изучения этих адаптаций исследователи протестировали 53 штамма на способность:

1. Разлагать хитин (только три штамма не справились).
2. Захватывать ДНК из окружающей среды (путём экспозиции на крабовых панцирях с последующим контактом с ДНК, несущей ген устойчивости к антибиотику).
3. Убивать другие бактерии (помещая штаммы в контакт с миллиардами клеток E. coli; некоторые штаммы сокращали их число до нескольких сотен тысяч).

«Мы обнаружили резкую разницу между клиническими и природными изолятами. Изоляты от пациентов либо не могли убивать другие бактерии, либо тщательно контролировали это поведение. Внутри человека они конкурируют иначе — используют вирусный токсин, вызывающий диарею, чтобы устранить конкурентов из кишечника», — отметил Хаммер.

С помощью учёных из CDC исследователи сопоставили поведение каждого штамма с его уникальной последовательностью ДНК. Изучение штаммов из разных вспышек (включая изоляты 1910 года из Саудовской Аравии, 1991 года из Перу и 2010 года с Гаити) показало их значительное разнообразие.

«Это напомнило нам, что нужно учитывать разнообразие изучаемых организмов. Поведение персонализировано для каждого штамма. Понимание этого будет полезно для разработки будущих терапевтических средств», — заключил Хаммер.