10 июля 2015 года в журнале PLoS Genetics была опубликована статья «Схожее развитие формы клеток у двух видов патогенов носоглотки» о бактериях, которые могут изменять свою форму, чтобы приспособиться к микрофлоре человека. Один из авторов исследования, Фредерик Дж. Верье из Национального научно-исследовательского института Университета Квебека, прокомментировал эту работу для англоязычного издания ИД «ПостНаука» Serious Science.

Что произошло

Два бактериальных патогена изменили свою собственную клеточную форму, адаптируясь к микрофлоре носоглотки. Менингококк (Neisseria meningitidis) и Moraxella catarrhalis обнаружили использование одного и того же эволюционного механизма во время адаптации к новой среде — переход от палочки к сферической форме. Эти виды в норме живут в носоглотке. На самом деле N. meningitidis не всегда является вредным штаммом. Он обнаружен у 10% людей, не будучи патогенным. Но иногда оба этих вида бактерий могут вызывать системные инфекции, такие как септицемия и менингит.

С этим изменением формы соотносились два генетических события: сначала потеря гена yacF, а затем потеря механизма удлинения клетки. Эти мутации в ДНК бактерий также приводили к изменениям в химическом составе пептидогликана с увеличением количества пентапептидов по отношению к тетрапептидам.

Рекомендуем по этой теме:
Видео
11892 3
Аддиктивные гены бактерий

Пептидогликан можно назвать строительным кирпичом клеточной стенки, и, как легко себе представить, форма кирпичей влияет на конечную структуру стены, которую можно из них построить. Недавно была доказана способность тех же модификаций пептидогликана влиять на узнаваемость клетки иммунной системой. Возможно, именно это происходит и в данном случае.

Мы еще не можем полностью объяснить эволюционные преимущества подобного изменения формы бактерии, но авторы предполагают, что они были необходимы для мирного взаимодействия с иммунной системой. Естественная защитная система нашего организма атакует вовсе не все бактерии, поскольку многие из них непатогенны и/или полезны для человека. Другими словами, изменение формы клетки может быть стратегией маскировки под безвредные бактерии.

Есть и другие возможные объяснения. Возможно, клетка уменьшает площадь незащищенной поверхности, чтобы минимизировать воздействие иммунной системы. Другое предположение — перераспределение придатков клетки, таких как пили, помогает улучшить подвижность клеток, крайне важную для колонизации.

Это исследование сосредоточено на N. meningitidis и М. catarrhalis, но тот факт, что один и тот же эволюционный механизм существует у двух различных бактерий, наводит на мысль, что он может быть общим эволюционным процессом для нескольких видов бактерий, существующих в микрофлоре носоглотки человека.

Предыстория

Мы изучали другую модификацию пептидогликана у N. meningitidis и других патогенов — O-ацетилирование. Во время исследования наличия/отсутствия этой модификации в семействе Neisseriaceae мы осознали, что нашли кое-то совершенно не связанное с нашим исследованием. Оказалось, что чем более виды Neisseria были близки к N. meningitidis, тем более их пептидогликаны были богаты пентапептидами. Наконец, мы поняли, что это было всего лишь верхушкой айсберга и что изменение формы связано с еще более глобальным эволюционным событием, всех последствий которого мы пока не понимаем.

Перспективы

Настоящая работа направлена на понимание причин этих модификаций. Мы также пытаемся определить, влияют ли изменения в пептидогликане на взаимодействие с другими бактериями, а в особенности защищает ли он клетку от их атак. Способность выжить под воздействием иммунной системы — это одна сторона вопроса, но и возможность преуспевать среди других бактерий в конкурентной среде — важнейший аспект явления, которое по сей день остается крайне мало изученным.

Мы продолжаем изучать аспекты бактериальной эволюции, используя различные модели, такие как палочка Коха (Mycobacterium tuberculosis) или Helicobacter Pylori, и те инструменты, при помощи которых бактерии устанавливают мирное взаимодействие с организмом-хозяином.