К удивлению ученых, бактерии могут действовать как афродизиак для одноклеточных морских организмов, известных тем, что они являются ближайшими живыми родственниками всех животных.
Это первый известный пример того, как бактерии вызывают спаривание у эукариот, группы, в которую входят все растения и животные.
Организмы, простейшие, называемые хоанофлагеллятами, поедают бактерии и служат источником пищи для мелких морских животных, таких как криль. Несколько лет назад лаборатория Николь Кинг из Калифорнийского университета в Беркли, профессора молекулярной и клеточной биологии и исследователя Медицинского института Говарда Хьюза, обнаружила, что определенные бактерии заставляют эти одноклеточные хоанофлагелляты (также известные как хоаны) развиваться в многоклеточные колонии.
Новое открытие, о котором 31 августа сообщила в журнале Cell лаборатория Кинга и лаборатория Джона Кларди из Гарвардской медицинской школы, предполагает, что хоано «подслушивают» бактерии, чтобы разобраться в окружающей их среде и регулировать свой жизненный цикл..
Открытие может помочь понять, как люди и другие животные произошли от одноклеточных организмов за последние 600 миллионов лет.
В этом случае биолюминесцентная морская бактерия Vibrio fischeri заставляет хоанофлагеллят Salpingoeca rosetta собираться и спариваться. Спаривание иногда является реакцией на изменение окружающей среды.
Многие эволюционные теории поддерживают идею о том, что спаривание происходит в стрессовых условиях, потому что вам нужно перетасовать колоду. Мы надеемся, что при половом размножении вы получите новую комбинацию аллелей генов, более подходящую для всего, что приходит вам на ум», - сказал Кинг.
С другой стороны, пять лет назад Кинг обнаружил, что другая морская бактерия, Algoriphagus machipongonensis, заставляет S. rosetta образовывать колонии, напоминающие эмбрионы животных. Эти многоклеточные колонии не предполагают спаривания, но могут помочь организму более эффективно собирать бактериальную пищу из окружающей среды.
Бактерии очень хорошо интегрируют большое количество информации об окружающей среде, поскольку разные виды бактерий имеют разные требования к питательным веществам. Хоано могут использовать бактерии в качестве показателя условий окружающей среды или живых индикаторов того, когда пришло время будь готов к хорошим или плохим временам», - сказала она.
Хотя хоанофлагелляты широко распространены в океанах, они относительно загадочны - это одна из причин, по которой Кинг сосредоточил на них внимание более десяти лет. В 2008 году она была частью команды, секвенировавшей первый геном хоанофлагелляты, Monosiga brevicollis, а в 2012 году ее лаборатория обнаружила бактерии, запускающие многоклеточность.
Спаривание, однако, было загадкой - даже если хоаны занимаются половым размножением - до тех пор, пока в 2013 году ее команда не обнаружила, что голодание может вызвать спаривание, хотя только небольшой процент клеток может спариваться. Новое исследование показывает, что бактерии Vibrio вызывают гораздо более быструю реакцию, при этом большой процент клеток спаривается в течение нескольких часов.
Хоанофлагелляты отличаются большой гибкостью в своей жизненной истории. Они могут оставаться бесполыми, но теперь мы обнаружили, что они также могут быть сексуальными, и что переключение на сексуальность вызывается бактериальным дайте сигнал в течение часа после воздействия», - говорит Кинг.
Бактериальные афродизиаки
Новое открытие предполагает, что другим существам, в том числе тем, которых было трудно изучать в лаборатории из-за того, что они не могут спариваться, может понадобиться немного бактериального афродизиака, чтобы завестись.
«Одна из возможностей заключается в том, что этим животным нужны определенные сигналы от бактерий окружающей среды, которые не предоставляются в лаборатории», - сказала она.
После того, как аспирант Калифорнийского университета в Беркли Ариэль Возница обнаружила, что эти бактерии инициируют роение, они сотрудничали с лабораторией Кларди, чтобы отследить триггер: белок, постоянно секретируемый бактериями, который они назвали EroS.
Они показали, что EroS представляет собой хондроитиназу, фермент, расщепляющий особый тип сульфатированных молекул, обнаруженных во внеклеточном матриксе S. rosetta, который ранее считался исключительным для животных. Они также обнаружили, что при ингибировании этой ферментативной функции роение не происходит и что хондроитиназы других водных бактерий воспроизводят эффекты афродизиака. Пока команды исследуют, как работает EroS, они продолжают изучать взаимодействие между бактериями и хоанофлагеллятами.
Что касается последствий для животных, таких как люди, и их бактериальных партнеров, так называемого микробиома, Кинг сказал: «Мы надеемся, что, изучая хоаны, которые действительно просты, мы сможем идентифицировать ключевые молекулы, а затем перейти к например, более сложную среду микробиома кишечника, и посмотреть, имеют ли значение некоторые из этих молекул и в этом контексте."
«Я думаю, демонстрируя новый тип поведения, вызванного бактериями, мы можем вдохновить других заглянуть в системы, которые они изучают, и посмотреть, не пропустили ли они, что бактерии тоже играют там роль», - сказал соавтор. первый автор Джозеф Гердт, научный сотрудник Гарвардской медицинской школы.