Происхождение симбиотических бактерий насекомых обнаружено благодаря случайной ране
Два года назад 71-летний житель Индианы поранил руку веткой, что привело к инфекции. Изучение вызвавшей её бактерии позволило учёным из Университета Юты открыть новый штамм и раскрыть загадку происхождения симбиоза между бактериями и насекомыми.
Новый штамм, названный HS ("human Sodalis"), родственен роду бактерий Sodalis, которые живут в кишечнике насекомых-симбионтов. Поскольку HS легко выращивать в лаборатории, его можно генетически модифицировать, чтобы блокировать передачу болезней насекомыми, например, сонной болезни через муху цеце или вирусов растений через тлю.
"Если мы сможем генетически модифицировать бактерию, которую можно будет вернуть в насекомых, это можно будет использовать для борьбы с болезнями, переносимыми этими насекомыми", — говорит Адам Клейтон, соавтор исследования.
Исследование, опубликованное в PLoS Genetics, показывает происхождение взаимовыгодных симбиотических отношений. Работа подтверждает теорию, что насекомые заражаются патогенными бактериями из окружающей среды (растений или животных), а те, в свою очередь, эволюционируют, становясь менее вирулентными и начиная приносить пользу хозяину. Затем бактерии передаются не между насекомыми, а по наследству — от матери к потомству.
"Наше исследование показывает, что эти отношения возникают независимо в каждом насекомом. Это удивительный вывод: насекомое подхватывает широко распространённый в окружающей среде патоген, а затем приручает его", — говорит старший автор работы Колин Дейл.
Открытие нового штамма
10 октября 2010 года Томас Фриц поранил руку веткой яблони. Рана воспалилась, образовалась киста. Анализ жидкости из неё выявил неизвестную бактерию, которую не смогли идентифицировать в первой лаборатории. Образец отправили в справочную лабораторию ARUP при Университете Юты.
Автоматический анализ определил бактерию как E. coli, но технологи усомнились в результате. Генетическое секвенирование показало, что штамм HS родственен симбиотическим бактериям, живущим в 17 видах насекомых (муха цеце, долгоносики, клопы), и наиболее близок бактериям из каштанового долгоносика и одного из видов клопов.
Сравнение геномов и "одомашнивание"
Учёные сравнили геномы:
- Штамма HS
- Sodalis glossinidius (из мухи цеце)
- Бактерии, похожей на Sodalis (из зернового долгоносика)
Оказалось, что у двух симбиотических видов по сравнению с HS потеряна или деактивирована примерно половина генов. Анализ показывает, что бактерия долгоносика была "одомашнена" им как минимум 28 000 лет назад, а Sodalis glossinidius — в течение последних 100 000 лет, что гораздо позже, чем считалось.
Потенциал для борьбы с болезнями
Поскольку HS, в отличие от своих симбиотических родственников, хорошо растёт в лаборатории, это открывает возможности:
- Внести в HS гены, а затем внедрить бактерию в муху цеце, чтобы та убивала простейших паразитов, вызывающих сонную болезнь.
- Заменить естественных симбионтов тли на генетически модифицированный штамм HS, чтобы помешать передаче вирусов растений.
Исследование предполагает, что в природе существует множество ещё не открытых бактерий, подобных HS, способных вступать в симбиоз с насекомыми. Они часто обнаруживаются лишь случайно, при инфицировании человека.