Загадочный микроб соглашается расти только в компании
Микробиологам удалось подобрать условия для лабораторного выращивания одной из некультивируемых форм бактерий, ТМ7, которые прежде отказывались расти на обычных микробиологических средах. Эти условия подразумевают не только особый состав среды, но и присутствие второй бактериальной формы — актиномицета. ТМ7 является паразитом актиномицета, но действует по-настоящему губительно только при резком недостатке питания. Но зато, будучи непременным компонентом болезнетворной микрофлоры ротовой полости человека, он подавляет иммунный ответ, способствуя тем самым распространению инфекции. Возможно поэтому актиномицет так и не смог избавиться от неприятного попутчика. Изучение биохимических отношений ТМ7, актиномицета и человека имеет множество интересных и важных аспектов: поиск новых препаратов от болезней ротовой полости, выяснение механизмов стрессового ответа и выяснение причины сокращения геномов у паразитических форм.
Микробный мир существует параллельно с нами, но в другом масштабном измерении. Поэтому понять его можно только с помощью специальных усилий. Луи Пастер изобрел первые методы культивации бактерий и тем самым положил начало микробиологии. Но большая часть бактерий не растет в лаборатории, это своего рода «черная материя» микромира. Кое-что о ней стали узнавать в конце XX века, когда начали активно применяться методы метагеномики, позволившие прочитать кусочки ДНК организмов из этой черной материи. По приблизительным оценкам, доля некультивируемых видов составляет от 80 до 99% в разных экосистемах (о некультивируемых формах в микрофлоре кишечника человека см.: Кишечная микрофлора превращает человека в «сверхорганизм», «Элементы», 09.06.2006).
Почему микроорганизмы отказываются расти на искусственных средах? Ведь микробиологи предлагают этим капризным существам широчайший ассортимент условий и сред! В журнале PNAS опубликована работа, в которой предлагается разгадка привередливости одного из таких упрямцев. Эту работу выполнил коллектив под руководством Джеффри Маклина (Jeffrey McLean), представляющего Вашингтонский университет и Институт Крейга Вентера, вместе с Хэ Сюэсун (Xuesong He) и Ши Вэньюань (Wenyuan Shi) из Калифорнийского университета. Ученым не только удалось понять, почему бактерии не растут на искусственных средах, — они смогли культивировать их, а заодно прочитать совсем необычный геном совсем необычной бактерии. Правда, речь идет не о всех некультивируемых бактериях, а только об одном их виде.
Этот вид, TM7, установленный по фрагментам ДНК, выявляется в микрофлоре ротовой полости людей, в иле аэротенков, а также в торфянистых почвенных пробах. В данной работе ученые сфокусировали внимание на штаммах из ротовой полости. Из прежних работ известно, что количество ТМ7 увеличивается при некоторых заболеваниях ротовой полости, например при периодонтите. Так что интерес к этой бактериальной форме не только академический, но и медицинский.
Бактерий удалось культивировать на особой среде, разработанной 5 лет назад специально для выращивания микроорганизмов из ротовой полости (см. Y. Tian et al., 2010. Using DGGE profiling to develop a novel culture medium suitable for oral microbial communities). Но в одиночку ТМ7 все равно не растут: как выяснилось, им для этого необходим сожитель — другой бактериальный организм, актиномицет Actinomyces odontolyticus. И тот и другой устойчивы к стрептомицину — собственно, по этому признаку и удалось вычленить эту пару.
Внешне, под микроскопом, два сожителя выглядят как виноградины на ветке: мелкие округлые ТМ7 прикреплены к палочковидному актиномицету. ТМ7 является паразитом актиномицета: он словно плющ на стволе дерева. Но в обычных условиях особого вреда актиномицету он не приносит, тем более что это единственный вид актиномицета, на который нацелился ТМ7.
Губительное влияние паразитизма сказывается только в критических обстоятельствах, при голодании. В этих критических условиях ТМ7 растворяет клетки актиномицета и, по всей видимости, использует для своего собственно пропитания. Актиномицет, окруженный гроздьями ТМ7, испытывает стресс, заставляя вовсю работать антистрессовые гены, а также защищается, образуя в присутствии неприятного сожителя покоящиеся споры.
Существует ли какая-то польза для актиномицета от присутствия ТМ7 — пока не известно. Но зато удалось доказать, что ТМ7 снижает иммунную защиту высшего хозяина — человека. Он тормозит экспрессию гена, отвечающего за деление макрофагов. Таким образом, иммунный барьер ослабевает и непосредственный хозяин — актиномицет — может беспрепятственно делиться и расти.
Так что в этой микробной политике все взаимоувязано, польза и вред становятся относительными. Но не эти отношения, пусть запутанные и рискованные, удивили ученых, а то, что выявилось при расшифровке генома ТМ7. Его геном оказался на удивление маленьким: он приближается по размеру к геномным рекордсменам-минималистам.
ТМ7, будучи паразитическим организмом, избавился от лишних и запасных генов и генных фрагментов. В этот список, как это ни удивительно, попали все гены, которые обеспечивают синтез аминокислот. За него это делают, по-видимому, актиномицеты. У них в присутствии ТМ7 в несколько раз повышена экспрессия генов, участвующих в синтезе аминокислот.
Таких «легкомысленных» паразитов, которые полностью избавились от аппарата синтеза аминокислот, ученые обнаружили впервые. Более того, транспортеры, которые могли бы участвовать в переносе аминокислот от актиномицета к ТМ7, определены только для небольшой части аминокислот. А как ТМ7 справляется с переправкой остальных аминокислот — неизвестно. Ясно, что с этим интересным объектом ученые будут работать и дальше: это важно и для выяснения генезиса многих болезней человека (и, соответственно, их лечения), и для понимания отношений внутри всё еще загадочного микромира.
Источник: Xuesong He, Jeffrey S. McLean, Anna Edlund, Shibu Yooseph, Adam P. Hall, Su-Yang Liu, Pieter C. Dorrestein, Eduardo Esquenazi, Ryan C. Hunter, Genhong Cheng, Karen E. Nelson, Renate Lux, Wenyuan Shi. Cultivation of a human-associated TM7 phylotype reveals a reduced genome and epibiotic parasitic lifestyle // PNAS. 2014. Early edition. Doi: 10.1073/pnas.1419038112.
Елена Наймарк
Источник: elementy.ru.
Рейтинг публикации:
|
Так выглядит бактерия ТМ7 (небольшие круглые клетки) — паразит, живущий на клетках актиномицета. В лабораторной культуре ТМ7 можно вырастить только в компании с актиномицетом. Фото с сайта sciencedaily.com