Захват командного центра клетки: Ядерные паразиты в глубоководных мидиях

Большинство животных живут в тесной связи с бактериями. Некоторые из этих бактерий живут внутри клеток своих хозяев, но лишь очень немногие способны жить внутри клеточных органелл. Одна группа бактерий научилась колонизировать ядра своих хозяев — впечатляющее достижение, учитывая, что ядро является управляющим центром клетки.

До сих пор ничего не было известно о молекулярных и клеточных процессах, которые эти внутриядерные бактерии используют для заражения и размножения в животных-хозяевах. Группа учёных из Института морской микробиологии Макса Планка в Бремене (Германия) впервые провела углублённый анализ внутриядерного паразита животных в исследовании, опубликованном в Nature Microbiology.

Как массово размножаться внутри клетки, не убивая её

Этот внутриядерный паразит, Candidatus endonucleobacter, заражает ядра глубоководных мидий из гидротермальных источников и холодных просачиваний по всему миру. Одна бактериальная клетка проникает в ядро мидии, а затем размножается до свыше 80 000 клеток, заставляя ядро раздуваться в 50 раз от своего первоначального размера.

Учёные хотели понять, как бактерия заражает и размножается внутри ядер, и, в частности, как эти бактерии получают необходимые для массовой репликации питательные вещества, но при этом не убивают клетки-хозяева.

Используя комплекс молекулярных и визуализационных методов, учёные выяснили, что Ca. endonucleobacter питается сахарами, липидами и другими клеточными компонентами своего хозяина. Он не переваривает нуклеиновые кислоты хозяина, как многие другие внутриядерные бактерии. Эта стратегия питания гарантирует, что клетка-хозяин функционирует достаточно долго, чтобы обеспечить Ca. endonucleobacter питательными веществами, необходимыми для такого массового размножения.

Гонка вооружений за контроль над клеткой

Распространённой реакцией животных клеток на инфекцию является апоптоз — программа клеточного самоубийства.

Интересно, что эти бактерии разработали сложную стратегию, чтобы не дать клеткам-хозяевам убить себя. Они производят белки, подавляющие апоптоз, — ингибиторы апоптоза (IAPs).

Затем начинается гонка вооружений за контроль над клеточной смертью: по мере того как бактерии производят всё больше IAPs, клетка-хозяин наращивает производство белков, индуцирующих апоптоз. В конце концов, после того как у паразита было достаточно времени для массового размножения, клетка-хозяин разрывается, высвобождая бактерии и позволяя им заражать новые клетки-хозяева.

Обнаружение IAPs у Ca. endonucleobacter стало одним из самых удивительных результатов исследования, поскольку эти белки известны только у животных и некоторых вирусов, но никогда не обнаруживались у бактерий.

Анализ эволюционных взаимоотношений IAPs показал, что паразит, вероятно, приобрел эти гены от своего хозяина посредством горизонтального переноса генов (HGT). В то время как HGT от бактерий к эукариотам хорошо известен, известно лишь очень немного примеров HGT в обратном направлении.

Значение: от эволюции до медицины

Это открытие расширяет понимание взаимодействий хозяин-микроб и подчеркивает сложные стратегии, которые паразиты эволюционировали для процветания в своих хозяевах. Эти находки могут иметь более широкие последствия для изучения паразитарных инфекций и стратегий уклонения от иммунитета у других организмов.

Исследование проливает свет на упускаемый механизм генетического обмена — HGT от эукариот к бактериям, — что потенциально влияет на понимание микробной эволюции и патогенеза. Более того, исследование даёт представление о регуляции апоптоза, что актуально для исследований рака и клеточной биологии.