Жёлтый пигмент удерживает социальных амёб вместе
Исследователи из Института естественных продуктов и исследований инфекций им. Лейбница — Института Ганса Кнёля (Leibniz-HKI) обнаружили, что многоклеточная стадия амёбы Dictyostelium discoideum частично регулируется интенсивно жёлтым природным веществом. Вновь идентифицированное вещество из семейства поликетидов предотвращает слишком раннее прорастание спор амёб. Исследование опубликовано в PNAS.
Социальные амёбы — одноклеточные организмы, которые при нехватке пищи могут объединяться в видимый невооружённым глазом многоклеточный организм. В сложном процессе они формируют плодовое тело, наполненное спорами, которые разносятся ветром или животными.
«Можно представить это плодовое тело как водяной шар, — объясняет Роза Хербст из отдела палеобиотехнологии Leibniz-HKI, соавтор исследования. — Оно может легко лопнуть, и споры высвобождаются».
В текущем исследовании учёным удалось идентифицировать природное вещество — поликетид, — которое предотвращает слишком раннее «вылупление» амёб из спор в плодовом теле и таким образом существенно поддерживает многоклеточный цикл развития. Молекула имеет интенсивный жёлтый цвет и в основном находится вокруг спор в плодовом теле.
«Амёбы производят множество природных веществ, которые могут быть интересны, например, для разработки новых лекарств», — объясняет Пьер Штальфорт, руководитель отдела палеобиотехнологии и профессор Йенского университета им. Фридриха Шиллера.
Он руководил исследованием вместе с Фальком Хильманом, руководителем исследовательской группы «Эволюция микробных взаимодействий» в Leibniz-HKI, а ныне профессором Университета прикладных наук Висмара. Однако в большинстве случаев неизвестно, какова фактическая биологическая функция этих веществ. У амёбы D. discoideum есть 40 генов биосинтеза поликетидов, кодирующих ферменты, которые их производят.
«Поликетидсинтаза 5, которую мы изучали, — лишь третья, для которой у нас есть представление о функции и структуре соответствующего поликетида», — указывает Кристин Раймер, соавтор исследования. Это несмотря на то, что D. discoideum — интенсивно исследуемый модельный организм, широко распространённый в почве.
Команда, в которую вошли несколько исследовательских групп Leibniz-HKI, для исследования объединила данные транскриптомного и метаболомного анализов. Сначала исследователи изучили, какие ферменты производятся во время формирования плодового тела, и выбрали наиболее перспективный для дальнейшего изучения. Они выключили соответствующий ген с помощью генетических ножниц CRISPR-Cas9. Сравнивая с метаболитами немодифицированных амёб, они смогли идентифицировать поликетид диктиоден — жёлтый пигмент.
«Сначала мы не имели представления, что делает этот поликетид», — говорит третий соавтор Маркус Гюнтер. Однако команда обнаружила, что у амёб без поликетидсинтазы 5 плодовые тела часто содержали амёб, которые прорастали слишком рано.
В дальнейших экспериментах, в которых они возвращали диктиоден, им удалось обратить вспять это раннее прорастание на 50%. «Очевидно, что роль играют и другие вещества, но мы предполагаем, что диктиоден особенно важен для подавления раннего прорастания».
«С помощью этого исследования мы разработали надёжный подход для изучения поликетидов в их физиологическом и экологическом контексте», — говорит Пьер Штальфорт. В дальнейших шагах команда также хочет исследовать другие поликетидсинтазы амёбы и таким образом узнать больше о сложном переходе от одноклеточности к многоклеточности.