Разгадан механизм, позволяющий организмам прикрепляться к днищам судов
Новое исследование биологов из Университета штата Калифорния в Сан-Диего (SDSU) раскрыло ключевые этапы развития водных организмов, ответственных за биологическое обрастание корпусов кораблей.
Проблема биообрастания
Слой усоногих раков и других организмов на днищах судов — это не просто эстетическая проблема. Биообрастание замедляет ход кораблей и снижает готовность аварийно-спасательных и военных судов, являясь серьезной экономической проблемой.
Роль бактерий в метаморфозе
Изучаемые организмы (усоногие раки, асцидии, морские ежи, трубчатые черви) для перехода из личиночной во взрослую стадию зависят от сигнала от бактерий в окружающей среде. Бактерия P. luteoviolacea использует крошечные копьевидные отростки, которые проникают в клетки морских организмов и запускают их метаморфоз. Именно на этой стадии организмы оседают на поверхности, например, на корпусе судна.
Эксперимент с трубчатым червем
Ученые во главе с Ником Шикумой из SDSU Viral Information Institute секвенировали геном трубчатого червя Hydroides elegans — частого виновника обрастаний. Чтобы выявить активные гены во время метаморфоза, они подвергли личинок червя воздействию бактерий P. luteoviolacea и проанализировали экспрессию генов на разных стадиях развития.
Ключевое открытие: путь MAPK
Исследователи обнаружили, что во время метаморфоза активируется цепочка белков, известная как сигнальный путь MAPK. Эксперименты с генетически модифицированными бактериями (с работающими и неработающими "копьями") показали:
- При контакте с бактериями с нефункциональными отростками активация пути MAPK у личинок была слабее.
- Личинки начинали метаморфоз, но не могли его завершить и возвращались в личиночное состояние.
Вывод: Для успешного перехода во взрослую стадию необходима нормальное взаимодействие бактериальных "копий" с сигнальным путем MAPK трубчатого червя.
Перспективы применения
Полученные данные, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences при поддержке Управления военно-морских исследований США, открывают пути для создания новых технологий:
- Покрытия для судов, которые будут подавлять бактериальный сигнал метаморфоза или путь MAPK у организмов, предотвращая обрастание.
- Стимуляция роста в аквакультуре или для восстановления коралловых рифов.
- Фундаментальное понимание сложных и малоизученных взаимодействий между животными и бактериями, которые могут влиять на развитие и здоровье, в том числе и у человека.
«Трубчатые черви служат модельным организмом для понимания того, как бактерии могут управлять dramatic развитием животных», — отметил Шикума.