Иммунный белок управляет суточным ритмом симбиоза кальмара и бактерий

Почти каждый организм содержит симбиотические микробы — микробиом. Сегодня признано, что микробиомы играют ключевую роль в здоровье всех животных, включая человека, и эти симбиотические системы часто демонстрируют выраженные суточные ритмы.

Новое исследование, проведенное учеными Гавайского университета в Маноа, показало, что в мутуалистических отношениях между гавайским бобтейловым кальмаром Euprymna scolopes и светящейся бактерией Vibrio fischeri иммунный белок "фактор, ингибирующий миграцию макрофагов" (MIF) выступает в роли дирижера суточных ритмов. Эта работа, опубликованная в Proceedings of the National Academy of Sciences, может дать важные подсказки о факторах, влияющих на ритмы человеческого микробиома, так как белок MIF также в большом количестве присутствует в симбиотических тканях млекопитающих.

Для выживания ночной гавайский бобтейловый кальмар зависит от V. fischeri, которая дает ему способность имитировать лунный свет на поверхности океана и обманывать тюленей-монахов и других хищников во время поиска пищи. Симбиотическим бактериям также требуется питание, особенно ночью, когда их больше и их свет необходим для камуфляжа кальмара.

Исследовательская группа под руководством Эрика Коха, который на момент исследования был аспирантом в Тихоокеанском центре биологических исследований (PBRC), установила, что кальмар регулирует выработку MIF как способ контроля за движением специализированных иммунных клеток — гемоцитов, которые поставляют хитин для питания бактерий.

Ночью, когда уровень MIF в светящемся органе кальмара был низким, гемоцитам разрешалось проникать в области обитания бактерий и доставлять хитин. Днем уровень MIF был очень высоким, что препятствовало попаданию гемоцитов в симбиотические ткани и сбросу хитина в неподходящее время.

Это циклирование питательных веществ оказывает каскадное влияние на все остальные ритмы, связанные с симбиотической системой, — возможно, затрагивая общее здоровье, развитие или размножение.

Почти три десятилетия профессора Маргарет Макфол-Нгай и Эдвард Руби из PBRC использовали систему симбиоза кальмара и бактерий для характеристики микробиомов животных.

"Мы наблюдали суточные ритмы в симбиозе кальмара и вибриона с 1996 года, но то, как контролируется ритм, было неизвестно, — сказала Макфол-Нгай. — Это исследование позволило ясно увидеть всю картину, понять, как работает ритм и как он формируется в организме животного".

Подобные открытия могут проложить путь к пониманию того, как функционируют микробиомы — что они делают и как — у других организмов и в других средах.

"Недавнее исследование микробиома кишечника млекопитающих и человека показало, что MIF присутствует в высоких уровнях и контролирует взаимодействие микробов с клетками хозяина, — отметила Макфол-Нгай. — Как это уже происходило с другими явлениями, например, индукторами развития, простота системы кальмар-вибрион позволила заглянуть в механизмы симбиоза. Поскольку эти механизмы, по-видимому, высоко консервативны у всех животных, включая человека, понимание того, как они функционируют, обещает дать нам инструменты для поддержания здоровья людей и устойчивости экосистем".