Сальмонеллы против мутантов-«безбилетников»: побеждает командная работа
Патогенные сальмонеллы (Salmonella typhimurium) используют разделение труда: часть бактерий обеспечивает общее благо, а другие эффективно противостоят мутантам-«безбилетникам». Эта стратегия, напоминающая организацию колоний пчёл и муравьёв, является ключом к успешной колонизации кишечника.
Несколько лет назад учёные под руководством профессоров Вольфа-Дитриха Хардта и Мартина Аккермана обнаружили, что в кишечнике заражённых мышей сальмонеллы существуют в двух состояниях. Новое исследование, опубликованное в Nature, показывает, что успех патогенов основан на командной работе этих двух типов.
Самоотверженный «отряд прикрытия»
Генетически два подтипа идентичны, но различаются по способности производить белковый комплекс T1. Этот комплекс позволяет бактериям проникать в слизистую кишечника и вызывать воспалительный ответ.
- T1-положительные сальмонеллы (около 25% популяции) запускают воспаление, которое меняет условия в кишечнике и позволяет всей популяции сальмонелл расти быстрее резидентной микрофлоры.
- T1-отрицательные сальмонеллы (около 75%) не производят T1, но размножаются быстрее и меньше страдают от иммунной системы.
T1-положительные клетки действуют как «отряд прикрытия»: они жертвуют собой, улучшая условия для всей популяции. При этом T1-отрицательные особи в любой момент могут начать производить T1.
Защита от «ренегатов»
В процессе размножения появляются мутанты, которые навсегда утратили генетическую способность производить T1. Эти «безбилетники» получают выгоду от воспаления, вызванного исходными сальмонеллами, но не несут затрат на его создание.
Однако, инфицируя нового хозяина, такие мутанты неспособны запустить воспаление и обречены в среднесрочной перспективе. В отличие от них, T1-отрицательные сальмонеллы, сохранившие генетическую способность производить T1, могут в новом хозяине «переключиться» и создать успешную колонию.
Естественный оптимум
С помощью компьютерного моделирования и экспериментов на мышах учёные, включая математического биолога Роланда Рего, показали, что именно комбинация двух подтипов позволяет сальмонеллам эффективно противостоять мутантам.
«Соотношение 1:3, в котором два подтипа встречаются в природе, — это именно то соотношение, которое позволяет сальмонеллам наиболее успешно защищаться от мутантов-обманщиков», — отмечает Рего.
Этот феномен функционального разделения труда среди генетически идентичных особей имеет параллели в мире социальных насекомых. «Рабочие пчёлы или муравьи строят гнездо, но не размножаются (как T1-положительные сальмонеллы), в то время как матка размножается, не работая (как T1-отрицательные сальмонеллы)», — поясняет первый автор работы Медерик Диар.