Когда иммунная система борется с патогенами, это может происходить самыми разными способами. Например, память иммунной системы способна отличить чужеродный белок, с которым организм уже контактировал, от другого и прореагировать соответствующим антителом. В настоящее время исследователи экспериментально исследовали, может ли эта способность иммунной системы специфически защищаться от патогенов адаптироваться в ходе эволюции. С этой целью они изучили множество последовательных поколений мучных жуков - ведь насекомые тоже могут в определенной степени специфически отталкивать болезнетворные микроорганизмы.
После того, как исследователи неоднократно сталкивали насекомых и их потомство с бактериями, они заметили, что иммунная система жуков реагировала сильнее всего через несколько поколений. «Наше исследование помогает нам понять, может ли специфичность иммунной системы быстро адаптироваться к условиям повторяющейся конфронтации с патогенами», - говорит профессор Йоахим Курц из Мюнстерского университета, возглавляющий исследование.
Результаты могут помочь лучше понять молекулярные процессы, которые играют роль во врожденной иммунной памяти у людей и, возможно, могут быть использованы в медицинских целях. Поскольку насекомые хорошо подходят для экспериментальной эволюции, полученная таким образом информация может с пользой дополнить существующие знания об иммунной системе млекопитающих. Исследование опубликовано в журнале "PNAS" (Proceedings of the National Academy of Sciences).
Предыстория и метод:
Иммунная система человека состоит из двух основных систем - врожденной и адаптивной. Последняя является той частью, которая в первую очередь «запоминает» патогены и может специфически реагировать. Насекомые имеют другую иммунную систему, но исследователи уже смогли показать, что насекомые тоже способны сильнее реагировать на инфекции в результате предыдущего опыта с патогенами. Однако еще не исследовано, может ли эта иммунологическая специфичность эволюционно адаптироваться к соответствующей бактериальной среде.
Для своего эксперимента биологи-эволюционисты собрали данные о более чем 48 000 красных мучных жуков в течение трех лет. Они разделили жуков на разные группы, чтобы подвергнуть их воздействию различных комбинаций шести разных видов бактерий в каждом случае на личиночной стадии сначала убитых, а затем живых бактерий. В некоторых группах исследователи использовали одни и те же бактерии в пределах одного поколения; в других группах они сталкивали жуков с различными бактериями. Через 14 поколений и три года спустя они представили результаты эксперимента: жуки, подвергшиеся воздействию одного и того же типа бактерий для «вакцинации» и заражения, развили более высокую специфичность в течение поколений. Это особенно помогало жукам, когда им приходилось защищаться от Bacillus thuringiensis, природного патогена насекомых.
Повышенная специфичность была продемонстрирована тем фактом, что после «вакцинации» этим природным патогеном можно было обнаружить большую активацию определенных генов, играющих роль в иммунной системе и обмене веществ. В то же время шансы на выживание жуков возросли после заражения бактерией - в отличие от жуков, эволюционировавших в сторону низкой специфичности. «Это означает, что для некоторых бактерий в процессе эволюции может быстро развиться высокая специфичность - вероятно, вызванная изменениями в иммунных генах», - говорят ведущие авторы, доктор Дж. Кевин Ферро и доктор Роберт Пеус, которые проводили эксперименты в рамках своей докторской диссертации в Институте эволюции и биоразнообразия Мюнстерского университета. Однако было заметно, что это изменение произошло не у всех бактерий, использованных в эксперименте. Одним из возможных объяснений этого могут быть ограниченные возможности насекомых распознавать различные антигены и бороться с ними.
Актуальность и перспективы:
Выявленные в этом эксперименте молекулярные механизмы могут быть актуальны для человека - в так называемом «тренированном иммунитете», обсуждаемой в медицине возможности тренировки памяти не только приобретенной, но и врожденной части иммунная система. На основе вновь полученных генетических данных исследователи хотят более точно изучить иммунную память насекомых и «деактивировать» соответствующие гены с помощью молекулярно-биологических методов. В будущем исследователи также хотят изучить бактерии, чтобы увидеть, например, развиваются ли они быстрее, когда их хозяин готов к ним. Поскольку мучные жуки считаются вредителями в пищевой промышленности, результаты исследований могут помочь найти новую стратегию борьбы с ними.
Помимо Мюнстерского университета, в исследовании участвовали Кильский университет, Институт эволюционной биологии им. Макса Планка в Плене, Аризонский университет и Институт медицинских исследований Стоуэрса в Канзас-Сити.