Бактерии выработали бесчисленное количество химических элементов, образов жизни, атак и защиты за 2,5 миллиарда лет эволюции. Одним из самых впечатляющих средств защиты является биопленка - сообщество бактерий, запутавшихся в матрице, которая защищает от одноклеточных хищников и антибиотиков - химических веществ, выработанных конкурентами в ходе эволюции, включая другие бактерии и грибы.
Теперь профессор бактериологии из Университета Висконсин-Мэдисон представил первое доказательство того, что определенная группа амеб, называемых диктиостелидами, может проникать в биопленки и поедать находящиеся внутри бактерии.«Это первая демонстрация того, что дикти способны питаться бактериями, опутанными биопленками», - говорит Марцин Филутович.
В статье, опубликованной в журнале Protist, Филутович, первый автор Дин Сандерс из Висконсинского института открытий и его коллеги показывают покадровые микроскопические видеоролики, доказывающие ненасытный аппетит амебы к пяти видам бактерий. В ходе исследования исследователи противопоставили четыре типа амеб, называемых диктиостелиумами (dictys), бактериям, образующим биопленки, которые наносят вред растениям или людям. Целевые бактерии включали:
- Pseudomonas aeruginosa, распространенная бактерия с множественной лекарственной устойчивостью, поражающая людей, например, с ожогами или муковисцидозом;
- Pseudomonas syringae, возбудитель фасоли;
- Klebsiella oxytoca, причина колита и сепсиса; и
- Erwinia amylovora, возбудитель бактериального ожога яблок и груш.
Как и ожидалось, результаты зависели от штамма дикти и вида бактерий; в нескольких случаях диктис полностью уничтожил процветающую биопленку, содержащую миллионы бактерий, в течение дня или двух. Исследование, по словам Филутовича, «содержит первые фильмы, в которых показано, как дикти-клетки превращаются в биопленку и пожирают бактерии». Поскольку они образуют многоклеточную фазу, которую иногда называют «слизняком», диктисы иногда называют «социальной амебой».
Помимо визуальных доказательств, прорастание спор и последующее объединение одноклеточных диктисов в многоклеточные «слизняки» показали успешные атаки против всех четырех видов бактерий.
Filutowicz заинтересовался диктисами после того, как обнаружил заброшенный архив из примерно 1800 штаммов, собранный Кеннетом Рапером, коллегой-бактериологом, который начал собирать почвенные микробы по всему миру в 1930-х годах. «Рапер был первым, кто изолировал диктис, но после его смерти дело всей его жизни было разбросано по всему отделу и забыто», - говорит Филутович.
Филутович был заинтригован, но он очень мало знал о dictys. Затем ответ на его самый фундаментальный вопрос - "Как мне их вырастить?" запустил цепную психическую реакцию. Он обнаружил, что Рэпер и его последователи кормили и выращивали дикти в лаборатории, используя бактериальную добычу, но никто, по-видимому, не использовал их реальный потенциал в качестве охотников за микробами. «Если выращивать их на E coli [обычном обитателе кишечника человека], я быстро понял, поскольку диктисы не патогенны, мы можем использовать их как биологическое оружие против бактерий».
Ранее основав Conjugon, компанию, занимающуюся разработкой безвредных бактерий для борьбы с патогенными микробами, Филутович говорит, что он был «настроен на биологические подходы, о которых тогда никто не слышал, и поэтому эта идея пришлась ему в голову очень плодотворному».
В связи с тем, что бактерии становятся устойчивыми к растущему числу антибиотиков, это хорошая новость, хотя использование живого организма может усложнить задачу получения одобрения регулирующих органов.
С 2010 года Филутович многое узнал о том, как дикти «пасутся» на бактериях и какие из них они предпочитают.«Мы смотрели, как эти клетки разрушают биопленки, пытаясь понять, какие физические, химические и механические силы разрушают биопленки и как диктисы перемещаются в трехмерном пространстве. Это фагоциты, и они ведут себя так же, как наши собственные иммунные клетки», - говорит Филутович.
Его соавтор, Кертис Брандт, профессор офтальмологии и визуальных наук в Университете Вашингтона в Мэдисоне, получил многообещающие результаты, свидетельствующие о том, что микроорганизмы безвредны для грызунов, и готовится использовать диктис для борьбы с бактериальным кератитом, глазной инфекцией., сначала на грызунах, а затем на людях в исследованиях, проведенных при поддержке Национального института здравоохранения.
«Это медицинское приложение может не попасть в клинику при моей жизни, но оно многообещающее, и в конечном итоге мы сможем использовать его во многих других медицинских целях», - говорит Филутович.
В 2010 году Филутович сформировал Amoebagone, чтобы продвинуть исследования в области использования dictys, начав с борьбы с бактериальным ожогом и другими бактериальными инфекциями фруктовых деревьев и овощей; при поддержке Национального научного фонда.
Между далеким человеческим медицинским потенциалом и ближайшим использованием в сельском хозяйстве Филутович с удовольствием тянет нить, оставленную полезными микробами Кена Рэпера; лицензировано Исследовательским фондом выпускников штата Висконсин для AmoebaGone.
«Чтобы сделать открытие, нужна некоторая степень наивности», - говорит он. «Если вы знаете слишком много, вы сразу понимаете, почему вещи не будут работать, не могут работать. В противном случае, если бы это была хорошая идея, люди бы уже это сделали. биологический контроль. Каждый день я прохожу по коридору ведомства и читаю надпись: «Открытие состоит в том, чтобы видеть то, что видели все, и думать так, как никто не думал. Мне посчастливилось войти в это как глупая невинность."