Загадочный микроб соглашается расти только в компании

Так выглядит бактерия ТМ7 (небольшие круглые клетки) — паразит, живущий на клетках актиномицета; в лабораторной культуре ТМ7 можно вырастить только в компании с актиномицетом

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

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.

Клетки ТМ7, прикрепленные к актиномицету

Клетки ТМ7, прикрепленные к актиномицету. B(c) — снимок сделан оптическим микроскопом; длина масштабного отрезка 1 мкм. B(d) — снимок сделан конфокальным лазерным сканирующим микроскопом (CLSM) после флуоресцентной гибридизации in situ; клетки ТМ7 — зеленые, актиномицет — красный; длина масштабного отрезка 1 мкм. B(e) — снимок сделан просвечивающим электронным микроскопом (TEM); клетки ТМ7 показаны стрелками. Фото из обсуждаемой статьи в PNAS

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.

Отношение числа генов (ось абсцисс) к размеру генома (ось ординат) у известных микроорганизмов: красной точкой обозначена ТМ7 с геномом в 705 тысяч пар оснований

Отношение числа генов (ось абсцисс) к размеру генома (ось ординат) у известных микроорганизмов: красной точкой обозначена ТМ7 с геномом в 705 тысяч пар оснований. График из обсуждаемой статьи в PNAS

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


4
Показать комментарии (4)
Свернуть комментарии (4)

  • Walera  | 05.01.2015 | 22:12 Ответить
    > «черная материя» микромира
    Наверное хотели сказать "темная материя".
    Ответить
  • dims  | 08.01.2015 | 10:05 Ответить
    Да, поддерживаю маленькое замечание предыдущего оратора: в астрономии невидимая материя называется "тёмной", а не "чёрной".

    По поводу статьи, интересно, а вдруг окажется, что все некультивируемые МО являются паразитами и, что, таким образом, БОЛЬШИНСТВО микроорганизмов являются паразитами или симбионтами?

    То есть, ошибка микробиологов в том, что они пытались культивировать МОНО культуры, а микроорганизмы, в большинстве, ПОЛИ культуральны?

    Может статься вообще, что и разделение видов в микромире практически не существует, то есть, все ниши занимаются группами видов, эволюционирующих совместно?

    Если так, то тогда это могло бы объяснить и образование эукариот: коль скоро симбиотические отношения превалируют в микромире, то и всевозможные случаи гибридизации должны быть часты...

    В общем, меня понесло... :)
    Ответить
    • Rattus > dims | 10.01.2015 | 15:15 Ответить
      >По поводу статьи, интересно, а вдруг окажется, что все некультивируемые МО являются паразитами и, что, таким образом, БОЛЬШИНСТВО микроорганизмов являются паразитами или симбионтами?

      Точнее - облигатными симбионтами. Скорее всего так и будет. Но только большинство ВИДОВ микроорганизмов. Насколько же велик будет их вклад в экосистемы - не очень понятно.
      А паразитизм - это тоже форма симбиоза. Причем относительная, как видно уже и из этой статьи.

      >Может статься вообще, что и разделение видов в микромире практически не существует, то есть, все ниши занимаются группами видов, эволюционирующих совместно?

      Ну, это уже не обязательно. А _классических_ видов среди микроорганизмов не существует по другой причине - очень широкой распространенности горизонтального переноса генов.
      Ответить
      • dims > Rattus | 10.01.2015 | 15:32 Ответить
        Да, но "культурология" микронаселения неизвестна, раз большинство некультивируемы. Стало быть, когда всех обнаружат, то, возможно, что окажется, что классических видов нет, но есть видовые "дублеты", "триплеты" и всякие "мультиплеты", то есть, группы из 2, 3 и большего числа видов, разделяющие одну нишу...
        Ответить
Написать комментарий


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»