Как фекалии с антибиотиками помогают жукам-пассалам оставаться здоровыми
Жук-пассал (Odontotaenius disjunctus), также известный как бета-жук, практикует необычное поведение: он поедает свои экскременты (фрасс), использует их для облицовки стен своих жилищ и строительства защитных камер для личинок.
Новое исследование показывает, что эта привычка — часть стратегии по защите здоровья насекомого, которая может быть полезна и для медицины человека.
Учёные из Калифорнийского университета в Беркли обнаружили, что фрасс жука кишит антибиотиками и противогрибковыми веществами, похожими на те, что используют люди. Эти соединения производятся полезными бактериями — актиномицетами, которые живут в фрассе жука и передаются от особи к особи и между колониями через копрофагию (поедание фекалий).
Изучение этого симбиоза может ускорить поиск новых антибиотиков и помочь в борьбе с устойчивостью к ним.
«Когда учёные открывают новый антибиотик и применяют его в клинике, часто требуется всего несколько лет, чтобы у патогенов развилась резистентность. Но микробы используют те же молекулы миллионы лет. Это говорит о том, что они применяют их иначе, чем мы», — говорит старший автор работы Мэтью Тракcлер.
Жук-пассал пополнил список насекомых (муравьи-листорезы, южные сосновые лубоеды, роющие осы), извлекающих пользу из симбиоза с актиномицетами. Однако у жука нет специальных органов для переноса бактерий, как у муравьёв или ос. Возможно, в этом его преимущество: в то время как другие насекомые ассоциируются лишь с одним видом актиномицетов, исследователи обнаружили в «галереях» жука (ходах внутри гниющих брёвен) более 30 видов этих бактерий. Это разнообразие, вероятно, обеспечивает и большее разнообразие защитных антимикробных соединений.
«Мы собрали образцы из галерей по всему югу и востоку США, и почти во всех обнаружили какую-либо форму антибиотика. Это было удивительно, потому что такие соединения обычно очень трудно детектировать в окружающей среде», — отмечает ведущий автор Рита де Кассия Пессотти.
Именно разнообразие соединений, работающих сообща или синергически, может быть причиной их долгосрочной эффективности в эволюционной гонке с патогенами.
Поиск жуков по всей стране
Исследование началось с сотрудничества с учёными из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, которых интересовала способность жука переваривать лигнин и целлюлозу. Пессотти и Тракcлер, искавшие способ изучать актиномицетов в природе, получили доступ к лабораторной колонии жуков.
Анализ показал, что один и тот же вид Streptomyces (актиномицет) был повсеместно распространён у жуков, включая купленных онлайн. Решающим стал сбор образцов из дикой природы в Оклахоме, после чего Пессотти предприняла масштабную экспедицию.
За месяц она собрала образцы из 22 галерей в 11 штатах США. Ключом к поиску был фрасс, похожий на опилки, у выходов из ходов в брёвнах.
Защитная сила фекалий
В лаборатории из образцов выделили более 300 штаммов актиномицетов. Антигрибковые и антибактериальные соединения были обнаружены во всех, кроме одного.
Эксперимент подтвердил защитную роль бактерий. Стерилизованный фрасс, смешанный с Streptomyces из галерей, успешнее противостоял росту патогенного грибка Metarhizium anisopliae (выделенного из мёртвого жука, найденного в экспедиции), чем фрасс без бактерий.
Результаты показывают, что, используя фрасс для облицовки жилищ и строительства камер для личинок, жуки создают защиту от патогенов, которые могли бы процветать в гнилой древесине. А поедая фрасс и скармливая его молодняку, они обеспечивают передачу полезных бактерий следующему поколению.
«Если вы увидите такого жука или его галерею, надеюсь, вы вспомните, что они полны антибиотиков и противогрибковых веществ. И жуки используют их способом, очень похожим на наш, — и это довольно круто», — заключает Тракcлер.