Как Pseudomonas syringae использует химический радар для обнаружения и уничтожения амёб

Исследовательская группа из кластера Лейбниц-Института исследования природных продуктов и инфекционной биологии — Института Ганса Кнёля (Leibniz-HKI) и Йенского университета имени Фридриха Шиллера изучила взаимодействие между амёбами, бактериями и растениями. В исследовании также участвовали учёные из Университета Байройта.

Результаты открывают новые пути для открытия биологически активных природных соединений. Исследование опубликовано в журнале Cell.

Изучение коммуникации микроорганизмов углубляет понимание сложных экологических взаимодействий, формирующих нашу среду, — что является основной целью кластера передового опыта «Баланс микровселенной».

Устойчивый фитопатоген и одноклеточный организм с командным духом

Бактерия Pseudomonas syringae — повсеместный и разрушительный фитопатоген. Патоген проникает в растение через естественные отверстия или повреждения, заражает его и наносит значительный ущерб в сельском хозяйстве. Амёбы — естественные враги бактерии. Например, амёба Polysphondylium pallidum — это одноклеточный организм, питающийся бактериями.

Однако, если пищи становится мало, одноклеточные организмы агрегируют, образуя многоклеточные структуры, которые позволяют генерировать и распространять споры. Хотя амёба не участвует напрямую в процессе заражения растения, она является важным хищником, который заставляет бактерию эволюционировать высокоэффективные защитные механизмы, чтобы выжить в её присутствии.

Амёба способствует собственной гибели

Исследовательская группа под руководством Пьера Штальфорта, профессора Йенского университета и заведующего отделом в Leibniz-HKI, выявила ранее неизвестный защитный механизм Pseudomonas syringae.

«Мы смогли показать, как бактерия использует химический радар для распознавания и уничтожения враждебных амёб. Интересно, что сами амёбы играют решающую роль в собственной гибели», — говорит Шуайбин Чжан, первый автор исследования.

Штальфорт добавляет: «Pseudomonas syringae производит сирингафактины. Это химические соединения, безвредные для амёбы. Они позволяют бактерии двигаться быстрее. Когда амёба сталкивается с этой молекулой, организм модифицирует химическую структуру сирингафактина.

«Бактерия, в свою очередь, имеет специальный сенсорный белок — Chemical Radar Regulator (CraR), — который распознаёт эти модифицированные молекулы. Это позволяет бактериям обнаруживать присутствие амёб, после чего активируются гены, ответственные за выработку токсичных веществ — пирофактинов. Пирофактины, в свою очередь, убивают амёб и, что интересно, являются производными модифицированных сирингафактинов».

Защитный механизм открывает возможности для разработки новых лекарств

Инфекционность бактерии также связана с химической радарной системой: P. syringae может заразить резуховидку Таля, Arabidopsis thaliana (очень распространённый модельный растительный организм), в присутствии амёб только в том случае, если у бактерии есть активный «химический радар» и, следовательно, она способна защищаться от хищника.

Исследование даёт ценное представление о сложном взаимодействии между микроорганизмами, простейшими и высшими растениями. Оно также предоставляет отправные точки для открытия новых биологически активных природных веществ, которые могут быть полезны человеку в качестве лекарств или средств борьбы с вредителями.