Новости и мнения

Бактериальная эксплуатация

Полевые исследования показывают, что не вирулентные бактерии пользуются преимуществами своих вирулентных аналогов, чтобы получить свободный проход к хозяину.

Токсин-продуцирующие штаммы бактерий Bacillus thuringiensis являются вирулентными патогенами гусениц, поедающих капусту. Но штаммы, которые не продуцируют токсины, также способны заражать насекомых, поддерживая тяжелую работу их токсин-производящих братьев. В статье, опубликованной сегодня (5 июля) в журнале « Наука», описываются первые полевые наблюдения такого поведения при свободной загрузке и динамика взаимоотношений между эксплуатируемыми и эксплуатируемыми бактериями – информация, которая может привести к более эффективным подходам к уничтожению гусениц биопестицидами и которая может даже иметь последствия для здоровье человека.

«Это действительно интересно и важно, потому что впервые в естественной системе хозяин-патоген показывает, что социальное взаимодействие важно для понимания эволюции вирулентности патогена», – сказал Джефф Смит из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, который не участвовал в учеба. «Это также показывает, что бактериальные патогены имеют проблемы с мошенничеством».

Бактериальные патогены выделяют всевозможные химические вещества, которые могут улучшить их усвоение пищи, вирулентность, уклонение от иммунных клеток и так далее. Но во многих случаях лабораторные эксперименты показали, что не все бактерии производят химические вещества – некоторые просто пожинают плоды тех, которые производятся другими в популяции.

«В сообществе микробов существовал некоторый скептицизм по поводу важности этого [явления] в естественной среде», – сказал Бен Рэймонд , эколог-эволюционист из Королевского университета Холлоуэя в Лондоне. Итак, Раймонд и его команда решили провести свои эксперименты в поле – буквально.

Они посадили 204 капусты на ферме около Оксфорда, Великобритания, добавили по 35 личинок бриллиантовой моли к каждой и опрыскивали растения мелким туманом бактерий B. thuringiensis, которые различались по соотношению вирулентных и не вирулентных штаммов. В течение 8 недель исследователи анализировали популяции бактерий на растениях и обнаружили, что, когда вирулентный штамм встречался редко, ненулютные мошенники были менее способны заражать гусениц, и относительная численность не вирулентных штаммов со временем уменьшалась. Команда также выставляла гусениц бактериям в лаборатории, наблюдала за инфекциями и обнаружила, что при меньшем количестве вирулентных бактерий погибает меньше гусениц.

Результаты указывают на явный риск мошенничества: если вокруг недостаточно вирулентных бактерий для производства необходимых токсинов, мошенники погибнут без заражения хозяина. С другой стороны, метаболически дорого производить токсины, пояснил Рэймонд , о чем свидетельствуют более медленные темпы роста вирулентных штаммов. В результате, как только бактерии попадают внутрь хозяина, мошенники доминируют. Действительно, когда бактериальные туманы содержали более высокую долю вирулентного штамма, мошенники имели тенденцию процветать и превосходить вирулентные бактерии.

«То, как производители токсинов и непроизводители конкурируют на местах, предполагает стабильное сосуществование», – сказал Реймонд. Это именно то, что предлагали предыдущие лабораторные эксперименты. «Предсказания теории, в основном, поддерживаются в полевой ситуации, с капустой и грязью и всем шумом и хаосом», – сказал он.

B. thuringiensis используется некоторыми фермерами в качестве экологически чистого биологического инсектицида. Таким образом, результаты предполагают, что «вы должны быть очень осторожны, не включая нетоксин-производящие вещества, потому что это может смягчить эффекты биоконтроля», – сказал Смит. Поскольку не вирулентные бактерии вытесняют токсины-продуцирующие штаммы хозяина, популяция становится менее способной заражать больше вредных организмов. «Наличие лишь небольшого количества непроизводительного штамма может иметь огромный вредный эффект», – сказал Смит.

Результаты также могут иметь значение для заболеваний человека, добавил Сэм Браун из Университета Эдинбурга в Великобритании, который не принимал участия в исследовании. Многие бактерии, которые являются патогенными для человека, проявляют сходное поведение по обмену токсинов. «Если мы сможем понять социальные взаимодействия между производителями токсинов и непроизводителями, это может открыть новые терапевтические точки зрения», – сказал он.

Браун исследует, могут ли бактериальные мошенники использоваться, например, в качестве «последней инстанции» у людей, зараженных устойчивыми к антибиотикам бактериями. Если исследователи смогут генетически сконструировать бактериальные штаммы, чтобы лишить их всех факторов вирулентности, они смогут превзойти вирулентные штаммы, устойчивые к антибиотикам, у пациентов. Люди умирают от таких инфекций каждый день, сказал он, «поэтому нам нужно начать думать о новых идеях лечения вне стен».

 

Б. Раймонд и др., « Динамика кооперативной бактериальной вирулентности в полевых условиях», Science , doi: 10.1126 / science.1218196, 2012 .

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *