Почти половина всех насекомых являются травоядными, но их рацион состоит не только из растительного материала. Нередко потенциально опасные микроорганизмы проникают во время застолья. В исследовании, опубликованном 19 января в журнале Cell Chemical Biology, исследователи сообщают, что эти насекомые используют ироничную стратегию, чтобы противостоять микробным инфекциям. Бактериальный вид, обычно встречающийся в кишечнике хлопковой листовертки и других мотыльков, выделяет мощный антимикробный пептид, убивающий конкурентов и защищающий хозяина от патогенов.
«Давно предполагалось, что местные кишечные бактерии являются важным компонентом защиты хозяина, но до сих пор ответственные виды и молекулярный механизм не были четко продемонстрированы», - говорит первый автор Юнци Шао из Чжэцзянского университета. «Мы показываем, что эволюционный успех насекомых частично основан на симбиотической ассоциации с кишечными микробами, которые эволюционировали вместе со своими хозяевами на протяжении миллионов лет».
Насекомые - самая большая группа животных на Земле, насчитывающая более миллиона известных видов. Будучи наиболее значительными травоядными в мире, насекомые поглощают микробы, обычно встречающиеся в растениях или окружающей среде, при этом они удивительно устойчивы к инфекциям. Все больше данных как у позвоночных, так и у беспозвоночных свидетельствует о том, что кишечные бактерии защищают хозяев от вторжения микробов. Но виды, оказывающие этот защитный эффект, редко идентифицируются, поэтому молекулярный механизм действия остается неясным.
Ключ к этому вопросу появился, когда Шао и старший автор исследования Вильгельм Боланд из Института химической экологии им. Макса Планка изучали хлопковую листовертку Spodoptera littoralis, которая является одним из наиболее распространенных травоядных насекомых в регионах с умеренным климатом и наносит значительный экономический ущерб растениеводству. Они заметили, что состав кишечных микробов, колонизирующих этого вредителя, резко меняется в процессе развития личинок. В то время как молодые личинки были заселены различными вирулентными видами Enterococcus, среди более старых личинок преобладала E. mundtii, которая редко документируется как патоген.
Основываясь на этих интригующих наблюдениях, исследователи решили определить факторы, влияющие на состав кишечных микробов во время развития насекомых. Для этого они выделили различные виды энтерококков из личинок хлопковой листовертки и изучили, как они конкурируют друг с другом. Они обнаружили, что E. mundtii ингибирует рост других родственных видов бактерий, секретируя антимикробный пептид под названием мундтицин KS. В то время как этот токсин не обнаруживался у молодых личинок, его количество резко увеличилось у более старых личинок из-за расширения популяции E. mundtii, формируя микробиом с удивительной эффективностью.
«Противомикробный препарат способствует симбиозу, обеспечивая конкурентное преимущество для E. mundtii, способствуя его доминированию в микробиоме кишечника и защищая хлопковую листовертку от патогенов», - говорит Боланд. «Мы ожидаем, что защитная ассоциация с бактериями, продуцирующими антибиотики, является обычной стратегией насекомых против микробных захватчиков».
В будущих исследованиях исследователи изучат, существуют ли аналогичные механизмы у других видов насекомых, и будут искать дополнительные токсичные соединения, которые формируют микробиом во время развития хозяина. В конце концов, результаты могут иметь широкое значение для сельского хозяйства и здравоохранения. Например, противомикробные пептиды можно использовать в качестве пищевых консервантов, а понимание роли коренных жителей кишечника может способствовать разработке новых стратегий биоконтроля против травоядных насекомых-вредителей.
«Наше исследование также предлагает интересные подходы к медицинским исследованиям», - говорит Шао. «Многие обычные антибиотики сталкиваются с растущими проблемами резистентности. Как эволюционно консервативное оружие, бактериоцины имеют большой потенциал в качестве альтернативы обычным антибиотикам».