Science: кишечные бактерии постоянно находятся в состоянии войны

Фото из открытых источников
Кишечник — это поле битвы, где соперничающие племена бактерий, вооруженные отравленными дротиками, сражаются за территорию, и эти битвы часто выигрывают армии предателей, которых вынуждает перейти на другую сторону эгоистичная ДНК, переданная им врагами. Новое исследование ученых было опубликовано в Science.

«Человеческая толстая кишка — одна из самых плотных микробных экосистем на Земле», — говорит Лори Комсток из Чикагского университета в Иллинойсе. Существует множество различных видов бактерий и различных штаммов внутри видов, борющихся за одни и те же ресурсы.

Чтобы получить преимущество, многие выпускают токсины в попытке отравить своих соперников. Некоторые вооружены еще более необычным оружием — дротиками, которые стреляют высокоскоростными шприцами для инъекций ядов непосредственно в другие бактерии или более крупные клетки поблизости.

«Это пружинное оружие, для применения которого необходимо, чтобы организмы находились очень близко», — говорит Комсток.

Безобидное название для этого типа дротика — секреторная система типа 6, или T6SS. Ими вооружены самые разные виды, и существует множество вариаций в том, как они работают — например, дротики могут содержать много разных токсинов.

Но как слепые бактерии избегают стрелять и по друзьям, и по врагам? Они этого не делают. Некоторые виды просто стреляют ядовитыми дротиками так быстро, как только могут их сделать, поражая и друзей, и врагов.

Однако, что важно, генетические инструкции по созданию определенного вида дротика всегда идут вместе с инструкциями по созданию противоядия от яда в дротиках, выпущенных этим ружьем. Когда бактерия попадает под дротики члена ее собственного племени, она не получает вреда.

Другими словами, в этом мире отравленных дротиков и противоядий, то, на какой стороне находится бактерия, определяется тем, какое дротиковое ружье и противоядие она производит.

В этом мире насекомых-стрелялок-насекомых одним из самых злобных является вид под названием Bacteroides fragilis , который выделяет ряд ядов, а также непрерывно стреляет своими дротиками. B. fragilis питается сложными сахарами, содержащимися в слизистой оболочке кишечника, поэтому Комсток считает, что причина его агрессии в том, что он пытается захватить слизистую оболочку и защитить себя от других родственных видов.

Но некоторые из этих других видов таят в себе необычное оружие в виде фрагментов эгоистичной ДНК, которые действуют почти как независимые сущности. Один из этих фрагментов ДНК, называемый GA1, кодирует гены для механизмов, которые позволяют GA1 передавать свои копии другим бактериям.

У него также есть гены для дротика и противоядия от яда дротика. Команда Комстока показала, что как только GA1 попадает в B. fragilis, он каким-то образом блокирует производство дротика B. fragilis и заставляет их начать производить GA1 – по сути, превращая их в предателей.

Когда эти бактерии размножаются, они формируют армии предателей, которые могут убить B. fragilis, у которых отсутствует GA1. Армии предателей обычно выигрывают эти битвы, обнаружила команда Комстока в ряде тестов.

Но в наших кишечниках, где присутствует множество других видов и токсинов, результаты могут отличаться, говорит она. «В этих битвах нужно учитывать так много разных вещей», — говорит Комсток. «Не всегда есть очевидный победитель».

У людей с синдромом хронической усталости наблюдается снижение количества кишечных бактерий, вырабатывающих молекулы, борющиеся с воспалением, что указывает на возможную цель для новых методов лечения.

Ее команда также обнаружила еще один фрагмент эгоистичной ДНК под названием GA2, который, по-видимому, ведет себя аналогично GA1, но с другим дротиком и противоядием.

«Переключение сторон может быть более распространенным явлением, чем мы предполагали», — говорит Брайан Хаммер из Технологического института Джорджии в Атланте.

Бактерия, вызывающая холеру, также постоянно производит и стреляет дротиками. Хотя предполагалось, что такое поведение обходится дорого, в прошлом году команда Хаммера показала, что штаммы Vibrio cholerae, не производящие T6SS, едва ли растут быстрее тех, которые производят, что говорит о том, что стоимость хождения с палящим оружием на удивление мала.