Мелкие животные используют «украденные» у бактерий гены для защиты от инфекций
Некоторые мелкие пресноводные животные защищаются от инфекций с помощью антибиотиков, «украденных» у бактерий. К такому выводу пришла команда исследователей из Оксфордского университета, Университета Стирлинга и Морской биологической лаборатории (MBL) в Вудс-Хоуле.
Речь идет о крошечных коловратках (bdelloid rotifers), размер которых меньше ширины человеческого волоса.
Исследование, опубликованное в Nature Communications, показало, что при грибковой инфекции коловратки активируют сотни генов, приобретенных от бактерий и других микробов. Некоторые из этих генов производят в коловратках средства защиты, такие как антибиотики и другие противомикробные агенты.
«Когда мы расшифровали ДНК, чтобы понять, что делают украденные гены, нас ждал сюрприз, — говорит ведущий автор Крис Уилсон из Оксфордского университета. — Основные гены содержали инструкции по производству химических веществ, которые, как мы думали, животные создавать не могут. Это выглядело как рецепты антибиотиков».
Ранее было известно, что коловратки миллионы лет заимствуют ДНК из окружающей среды, но новое исследование впервые обнаружило, что они используют эти гены для борьбы с болезнями. Ни одно другое животное не «ворует» гены у микробов в таких масштабах.
«Эти сложные гены — некоторые из которых не встречаются у других животных — были приобретены у бактерий, но прошли эволюцию в коловратках, — отмечает соавтор Дэвид Марк Уэлч из MBL. — Это повышает вероятность того, что коловратки производят новые противомикробные средства, которые могут быть менее токсичны для животных, включая людей, чем те, что мы разрабатываем на основе бактерий и грибов».
Рецепты самозащиты
Новое исследование предполагает, что коловратки могут делать нечто подобное производству антибиотиков в природе.
«Мы наблюдали, как они используют один из этих генов против болезни, вызванной грибком. Животные, пережившие инфекцию, производили в 10 раз больше химического «рецепта», чем погибшие, что указывает на его роль в подавлении болезни», — объясняет Уилсон.
Ученые считают, что коловратки могут дать важные подсказки в поиске лекарств для лечения инфекций у людей, особенно в свете растущей антибиотикорезистентности.
«Рецепты, которые используют коловратки, отличаются от известных генов микробов, — говорит соавтор Реубен Ноуэлл из Университета Стирлинга. — Мы думаем, что рецепт был изменен в процессе эволюции для создания новых химических веществ. Это интересно, так как может предложить идеи для будущих лекарств».
Приобретенные гены кодируют необычный класс ферментов, которые собирают аминокислоты в небольшие молекулы, называемые нерибосомными пептидами.
«Следующая фаза исследований должна включать идентификацию множества нерибосомных пептидов, производимых коловратками, и установление условий, при которых синтез этих соединений может быть индуцирован», — говорит соавтор Ирина Архипова из MBL.
Если коловратки уже производят подобные химические вещества в своих собственных клетках, это может указать путь к созданию более безопасных для животных и людей препаратов.
Почему коловратки заимствуют так много чужеродных генов?
Ключевой вопрос: почему коловратки — единственные животные, которые заимствуют полезные гены у микробов с такой высокой скоростью?
«Мы думаем, это может быть связано с другой странностью этих коловраток, — предполагает соавтор Тим Барраклоу из Оксфордского университета. — В отличие от других животных, мы никогда не видим самцов коловраток. Матери-коловратки откладывают яйца, которые вылупляются в их генетические копии, без необходимости в половом размножении или оплодотворении».
Согласно одной из теорий, такие клональные популяции становятся генетически однородными и уязвимыми.
«Если одна особь заболеет, заболеют и остальные, — объясняет Барраклоу. — Если коловратки не найдут способ изменить свои гены, они могут вымереть. Это может объяснить, почему они позаимствовали так много генов из других мест, особенно тех, что помогают справляться с инфекциями».
Ноуэлл считает, что коловраткам и их украденной ДНК есть чему нас научить.
«Коловратки использовали сотни генов, которых нет у других животных. Рецепты антибиотиков — это захватывающе, а некоторые другие гены даже похожи на заимствованные у растений. Эти находки — часть растущей истории о том, как и почему гены перемещаются между различными формами жизни».