Бактерии координируют деятельность с помощью химического «языка»
Исследователи из Мюнхенского университета имени Людвига-Максимилиана обнаружили ранее неизвестный химический язык, который используют многие виды бактерий для координации своей деятельности, и показали на модельном организме, что такое межклеточное общение необходимо для патогенности.
Бактериальные клетки используют химические сигналы для внутри- и межвидовой коммуникации, что позволяет им координировать деятельность локальных популяций. У многих патогенов эти химические «языки» служат для активации процессов, вредных для их хозяев. Команда под руководством доктора Ральфа Херманна и доктора Хельге Боде охарактеризовала ранее неизвестный химический «диалект», который, по-видимому, довольно широко распространен среди видов бактерий. Их результаты опубликованы в PNAS.
Разные бактерии используют разные языки для общения с представителями своего вида в одной среде. В 2013 году Херманн, Боде и коллеги уже обнаружили новый химический язык у вида из рода Photorhabdus. Теперь они повторили успех и описывают новый класс химических сигналов, используемых многими видами бактерий для межклеточной коммуникации.
Наиболее известная и изученная бактериальная система коммуникации основана на использовании химических веществ — N-ацилгомосеринлактонов (AHL). Эти агенты синтезируются ферментом LuxI и секретируются в окружающую среду. Клетки своего вида имеют внутриклеточный рецепторный белок LuxR, который распознает и связывает AHL. Связывание сигнала побуждает бактерии активировать конкретную генетическую программу, эффективно меняя их биохимический состав и поведение. Для индукции новой программы требуется наличие определенной пороговой концентрации индуктора, поэтому она активируется только при достаточном количестве клеток, производящих соответствующий сигнальный молекулы. Такие сенсорные сети, зависящие от плотности клеток, называются системами «чувства кворума» (quorum-sensing).
В своем последнем проекте исследовательские группы изучили другой представитель рода Photorhabdus — P. asymbiotica. У этого вида есть рецептор типа LuxR, но отсутствует фермент LuxI, необходимый для синтеза AHL. P. asymbiotica вызывает заболевание в основном у насекомых, но также способна вызывать поражения кожи у людей. Его белок LuxR специфически распознает сигнальную молекулу диалкилрезорцин.
«В этой системе чувства кворума индуктор играет очень важную роль в развитии патогенности. Фактически, мы продемонстрировали, что способность производить диалкилрезорцин — и, следовательно, способность к общению с представителями своего вида — необходима для успешного заражения личинки-хозяина», — объясняет Ральф Херманн.
Исследователи также изучили разнообразный спектр других бактерий и обнаружили, что новая сигнальная система широко распространена.
«Мы идентифицировали более 100 других видов бактерий — многие из них патогенны для человека, — у которых отсутствует LuxI, но которые способны синтезировать новый сигнал», — говорит Хельге Боде.
Сбой коммуникаций для предотвращения болезни
Как и в случае с P. asymbiotica, бактериальные системы коммуникации часто играют ключевую роль в контроле механизмов патогенности. Поэтому они имеют очевидные медицинские последствия, представляя возможную точку атаки для новых антибактериальных препаратов. Нарушая необходимые каналы связи, можно ингибировать активацию генов, ответственных за патогенность.
«Подавление развития свойств, которые вредят хозяевам, вместо того чтобы убивать бактериальные клетки напрямую антибиотиками, также должно значительно снизить частоту возникновения лекарственной устойчивости», — отмечает Хельге Боде.