Плазмиды бактерий: баланс между «безбилетниками» и «рабочими лошадками» в условиях высокой цены патогенности
Исследование плазмид — самовоспроизводящихся генетических единиц в почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens, вызывающей корончатый галл у растений, показало, как мутантные, «безбилетные» версии этих плазмид получают выгоду, в то время как вирулентные, болезнетворные плазмиды выполняют «тяжелую работу» по заражению растений. Это подтверждает, что способность бактерий вызывать заболевание сопряжена со значительными затратами, которые компенсируются только выгодами от зараженного организма-хозяина.
Широкий патоген и инструмент биотехнологий: A. tumefaciens вызывает болезни у более чем 140 родов двудольных растений и является уникальным инструментом биотехнологий, так как осуществляет межцарственный горизонтальный перенос генов, встраивая часть своей ДНК в клетки растения.
Два типа затрат на патогенность: Ученые выявили две категории затрат для бактерии:
- Относительно низкая стоимость поддержания вирулентной Ti-плазмиды.
- Крайне высокая стоимость экспрессии генов, необходимых для заражения растений.
Феномен «безбилетников»: В популяциях A. tumefaciens существуют непатогенные плазмиды. Они утратили гены, необходимые для заражения, но способны использовать питательные ресурсы, высвобождаемые растением, инфицированным их вирулентными «родственниками». Таким образом, они избегают высоких затрат на вирулентность.
Эволюционное давление: Распространение таких авирулентных мутантов, по-видимому, поддерживается именно высокими затратами на экспрессию патогенных генов.
Значение для контроля инфекций: Изучение «безбилетных» штаммов представляет интерес как возможный способ сдерживания инфекции, вызванной агрессивными патогенами. Конкурируя за ресурсы, они могут ограничивать вирулентность, поскольку обладают более высокой приспособленностью, не неся затрат на инфекционный аппарат.
Динамический баланс: Судьба вирулентной плазмиды зависит от баланса затрат и выгод для бактерии-хозяина в конкретных условиях окружающей среды. Конкуренция между штаммами варьируется в зависимости от контекста, что создает сложное генотип-на-генотип-на-среду взаимодействие и означает, что селективное давление на плазмиду может меняться в пространстве и времени.