Эволюционная война за железо между приматами и бактериями длится 40 миллионов лет

Исследование ДНК 21 вида приматов — от беличьих обезьян до человека — выявило эволюционную войну с инфекционными бактериями за железо, циркулирующее в кровотоке хозяина. Подтверждённые экспериментальными данными, эти результаты, опубликованные в Science 12 декабря, демонстрируют жизненную важность защитной стратегии, известной как питательный иммунитет.

«Мы знаем о питательном иммунитете уже 40 лет, — говорит Мэтью Барбер, первый автор исследования. — Но это исследование показывает, что за последние 40 миллионов лет эволюции приматов эта битва за железо между бактериями и приматами была определяющим фактором нашего выживания как вида».

Суть конфликта

После заражения знакомые симптомы — чихание, насморк, воспаление — являются частью попыток иммунной системы избавиться от патогенов. Менее известен отдельный механизм защиты — питательный иммунитет. Он «голодает» инфекционные бактерии, скрывая циркулирующее железо — важнейший питательный элемент. Белок трансферрин, переносящий железо в крови, надёжно прячет этот микроэлемент.

Однако этой уловки недостаточно. Такие бактериальные патогены, как возбудители менингита, гонореи и сепсиса, выработали оружие — белок, связывающий трансферрин (TbpA), который цепляется за трансферрин и крадёт железо.

Реконструкция эволюционной битвы

Учёные реконструировали этот конфликт, проанализировав ДНК трансферрина у 21 вида приматов и TbpA у десятков штаммов бактерий. Большинство накопленных изменений в этих белках сосредоточено в области их контакта, что указывает на её ключевую роль в эволюционной «гонке вооружений».

Эксперименты подтвердили: изменения в TbpA позволяют ему хвататься за трансферрин, а недавние изменения в трансферрине позволяют ему уклоняться от TbpA.

След в человеческой популяции

До 25% людей в мировых популяциях имеют небольшую вариацию в гене трансферрина, которая предотвращает распознавание несколькими инфекционными бактериями. «До этого исследования не было функционального объяснения, почему этот вариант встречается с заметной частотой, — говорит старший автор Нэлс Элде. — Теперь мы знаем, что это следствие патогенов, с которыми мы и наши предки сталкивались миллионы лет».

Понимание стратегий естественных защитных механизмов, включая питательный иммунитет, может помочь в разработке новых подходов для борьбы с устойчивыми к антибиотикам бактериями и новыми заболеваниями.