Учёные сообщили о первом семействе внеклеточных бактерий, похожих на риккетсий
Микробиологи СПбГУ вместе с исследователями из Университета Милана, Университета Пизы и Университета Павии открыли новое семейство бактерий порядка Rickettsiales — Deianiraeaceae. Это первый случай обнаружения бактерий, похожих на риккетсий, которые ведут уникальный внеклеточный образ жизни и фактически являются хищниками.
Deianiraeaceae, ставшее четвёртым семейством в порядке Rickettsiales, в настоящее время содержит один род — Deianiraea. Все ранее изученные Rickettsiales являются облигатными внутриклеточными специализированными паразитами. В отличие от них, Deianiraea не только атакует жертву снаружи, но и никогда не проникает в клетку хозяина на протяжении всего жизненного цикла. Бактерия колонизирует внешнюю поверхность инфузории Paramecium: хищная бактерия атакует инфузорию и размножается на её поверхности, забирая ресурсы жертвы и в конечном итоге её жизнь.
Название для вновь открытой бактерии, Deianiraea, отсылает к мифу о Деянире, жене Геракла, которая невольно убила мужа хитоном, отравленным ядом Гидры. «Подобно этому, бактерия Deianiraea убивает инфузорий, покрывая клетку хозяина, как отравленный хитон», — отмечает Алексей Потехин, профессор кафедры микробиологии СПбГУ и член международной исследовательской группы.
Хищник микромира
Новая бактерия была обнаружена случайно. Один из соавторов исследования, ведущий специалист Центра коллекций микроорганизмов Научного парка СПбГУ Наталья Лебедева взяла пробу воды из сточного ручья в Ларнаке (Кипр). Микробиологический анализ показал большое количество инфузорий. Лабораторные наблюдения выявили массовую потерю ресничек, которые используются для движения и питания, что приводило к гибели поражённых инфузорий. Другие парамеции, добавленные в ту же культуру, также вскоре погибали. При ближайшем рассмотрении поражённых инфузорий стало очевидно, что лишённые ресничек участки клеточной поверхности были покрыты плотно упакованными бактериями, неизвестными науке на тот момент.
«Новые семейства бактерий в наши дни открывают редко. Это всегда важная находка, независимо от того, к какому отряду это семейство может принадлежать. В нашем случае новое семейство было найдено в очень хорошо изученном отряде — Rickettsiales. Ранее в образцах обнаруживали только ДНК родственных бактерий. Поэтому их классифицировали как Rickettsia-like, так как учёные не могли отнести их к существующей системе семейств отряда. Впервые мы нашли эти бактерии живыми. Молекулярно-филогенетический анализ позволил нам собрать воедино все фрагменты данных и, как следствие, установить новое бактериальное семейство — Deianiraeaceae. Можно сказать, нам повезло», — говорит Алексей Потехин.
Сильная и почти независимая
В отличие от других бактерий, похожих на риккетсий, Deianiraea не только способна к репликации — размножению вне клетки, — но и может поддерживать себя с меньшей зависимостью от хозяина. «Deianiraea обладает более высокой способностью к синтезу аминокислот по сравнению со всеми другими Rickettsiales. Она может синтезировать 16 аминокислот, включая восемь, которые другие представители отряда производить не могут. 16 из 20 основных аминокислот — это почти полный набор. Остальные она, скорее всего, получает от своих жертв, но мы не знаем этого наверняка. Более того, Deianiraea может синтезировать нуклеотиды: другие Rickettsiales этого не делают, потому что получают их от хозяина», — объясняет Алексей Потехин.
Ещё одна особенность Deianiraea — наличие нескольких секреторных систем. У бактерий это позволяет секретировать белки, которые также могут использоваться для взаимодействия с другими клетками. У Deianiraea есть специализированная секреторная система для взаимодействия с другими бактериями. Также у неё есть специализированная секреторная система типа IV, которая, предположительно, позволяет ей устанавливать контакт с инфузорией. В настоящее время исследователи ещё не установили точный механизм взаимодействия паразита с клеткой хозяина и что именно бактерия может получать от инфузории или других организмов-хозяев.
Родственники митохондрий
Отряд Rickettsiales включает три ранее известных семейства высокоразнообразных представителей внутриклеточных симбионтов и паразитов, ассоциированных с эукариотами, включая возбудителей болезней животных и человека (например, тифа). Высказывалось предположение, что все Rickettsia-like могли иметь общего предка с митохондриями. Митохондрии отвечают за синтез АТФ во всех эукариотических клетках, то есть за энергетический метаболизм. Открытие новой — внеклеточной — бактерии Rickettsiales предполагает, что эволюционный путь митохондрий мог быть иным, вопреки ранее принятым представлениям.
«Эволюция, когда это возможно, стремится идти по пути наименьших усилий, сокращая количество избыточных функций: всё ненужное устраняется. Предполагалось, что общий предок всех бактерий, похожих на риккетсий, был специализированным внутриклеточным паразитом с низким биосинтетическим потенциалом. Другими словами, он не мог синтезировать многие необходимые вещества, получая их от хозяина. Он мог поддерживать себя и размножаться только внутри клеток хозяина. Результаты нашего исследования позволяют с уверенностью утверждать, что последний общий предок всех Rickettsia-like вел внеклеточный образ жизни, жил в воде, имел жгутик и был метаболически независим. Он также должен был иметь клеточные системы, обеспечивающие взаимодействие паразита с хозяином. Адаптация к образу жизни внутриклеточных паразитов современных семейств отряда Rickettsiales развилась позже, параллельно и независимо в разных сублиниях. Открытие Deianiraea побуждает нас вновь открыть дискуссию о том, когда предок митохондрий обосновался внутри протоэукариота и какими конкретными чертами обладал этот митохондриальный предок», — заключает учёный.