Мелкие животные используют «украденные» гены у бактерий для защиты от инфекций
Согласно новому исследованию группы ученых из Оксфордского университета, Университета Стерлинга и Морской биологической лаборатории (MBL) в Вудс-Хоуле, некоторые мелкие пресноводные животные защищают себя от инфекций, используя рецепты антибиотиков, «украденные» у бактерий.
Эти крошечные существа называются бделлоидными или пиявковидными коловратками, что означает «ползающие колесные животные». У них есть голова, рот, кишечник, мышцы и нервы, как у других животных, хотя они меньше волоска.
Исследование показало, что когда эти коловратки подвергаются грибковой инфекции , они включают сотни генов, которые они приобрели от бактерий и других микробов. Некоторые из этих генов производят оружие устойчивости, такое как антибиотики и другие противомикробные агенты, у коловраток. Команда сообщает о своих выводах в Nature Communications.
«Когда мы перевели код ДНК, чтобы увидеть, что делают украденные гены, нас ждал сюрприз», — сказал ведущий автор исследования Крис Уилсон из Оксфордского университета. «Основные гены были инструкциями для химикатов, которые, как мы думали, животные не могли производить — они выглядели как рецепты для антибиотиков».
Предыдущие исследования показали, что коловратки собирали ДНК из своего окружения в течение миллионов лет, но новое исследование является первым, которое обнаружило, что они используют эти гены против болезней. Ни одно другое животное не известно о том, чтобы «воровать» гены у микробов в таких больших масштабах.
«Эти сложные гены, некоторые из которых не встречаются ни у каких других животных, были получены от бактерий, но претерпели эволюцию у коловраток», — сказал соавтор исследования Дэвид Марк Уэлч, старший научный сотрудник и директор Центра Джозефин Бэй Пол в Морской биологической лаборатории. «Это повышает вероятность того, что коловратки вырабатывают новые противомикробные препараты, которые могут быть менее токсичными для животных, включая людей, чем те, которые мы вырабатываем из бактерий и грибков».
Антибиотики необходимы для современного здравоохранения, но большинство из них не были изобретены учеными. Вместо этого они производятся естественным образом грибками и бактериями в дикой природе, и люди могут создавать искусственные версии для использования в качестве лекарств.
Новое исследование предполагает, что коловратки могут делать нечто подобное.
«Эти странные маленькие животные скопировали ДНК, которая сообщает микробам, как производить антибиотики», — объясняет Уилсон. «Мы наблюдали, как они использовали один из этих генов против болезни, вызванной грибком, и животные, которые выжили после инфекции, производили в 10 раз больше химического рецепта, чем те, которые умерли, что указывает на то, что это помогает подавлять болезнь».
Ученые полагают, что коловратки могут дать важные подсказки в поиске лекарств для лечения человеческих инфекций, вызываемых бактериями или грибками.
Антибиотики становятся менее эффективными, поскольку болезнетворные микробы эволюционировали, становясь устойчивыми и больше не реагирующими на лечение. Всемирная организация здравоохранения недавно забила тревогу, предупредив в июньском отчете о «насущной необходимости» разработки новых антибиотиков для противодействия угрозе резистентности.
«Рецепты, которые используют коловратки, отличаются от известных генов микробов», — сказал автор исследования Рубен Ноуэлл из Университета Стерлинга. «Они такие же длинные и сложные, но части кода ДНК изменились. Мы считаем, что рецепт был изменен в процессе эволюции, чтобы создать новые и другие химические вещества в коловратках. Это интересно, потому что это может подсказать идеи для будущих лекарств».
Гены, полученные коловратками от бактерий, кодируют необычный класс ферментов, которые собирают аминокислоты в небольшие молекулы, называемые нерибосомальными пептидами.
«Следующий этап этого исследования должен включать идентификацию множественных нерибосомально синтезируемых пептидов, продуцируемых бделлоидными коловратками, и установление условий, при которых может быть вызван синтез этих соединений», — сказала соавтор исследования Ирина Архипова, старший научный сотрудник Лаборатории морской биологии.
Одной из проблем разработки новых лекарств является то, что многие антибиотические химикаты, производимые бактериями и грибками, ядовиты или вызывают побочные эффекты у животных. Лишь немногие из них можно превратить в методы лечения, которые очищают организм человека от вредных микробов.
Если коловратки уже вырабатывают подобные химические вещества в своих собственных клетках, они могут проложить путь к созданию препаратов, более безопасных для использования на других животных, включая людей.
Большой вопрос заключается в том, почему коловратки — единственные животные, которые заимствуют эти полезные гены у микробов в таких высоких темпах.
«Мы думаем, что это может быть связано с другим странным фактом об этих коловратках», — сказал Тим Барраклоу, соавтор исследования из Оксфордского университета. «В отличие от других животных, мы никогда не видим самцов коловраток. Самки коловраток откладывают яйца, из которых вылупляются генетические копии самих себя, без необходимости в сексе или оплодотворении».
Согласно одной из теорий, животные, которые копируют себя подобным образом, могут стать настолько похожими, что начнут болеть.
«Если кто-то подхватит болезнь, то и остальные тоже», — пояснил Барраклоу. Поскольку бделлоидные коловратки не имеют полового размножения, что позволяет родительским генам рекомбинировать полезным образом, геном матери- коловратки напрямую передается ее потомству, не привнося никаких новых вариаций.
«Если коловратки не найдут способ изменить свои гены, они могут вымереть. Это может помочь объяснить, почему эти коловратки заимствовали так много генов из других мест, особенно тех, которые помогают им справляться с инфекциями», — сказал Барраклоу.
Ноуэлл считает, что коловратки и их украденная ДНК могут дать еще много полезной информации.
«Коловратки использовали сотни генов, которые не встречаются у других животных. Рецепты антибиотиков захватывающие, а некоторые другие гены даже выглядят так, будто они были взяты из растений. Эти открытия являются частью растущей истории о том, как и почему гены перемещаются между различными видами жизни», — сказал он.
Обсудим?
Смотрите также:
