Люди - не единственные живые организмы, которые несут микробиом, то есть полезные бактерии, живущие на теле и в теле. Социальная амеба, обитающий в почве организм, также несет в себе собственный микробиом, и исследователи из Медицинского колледжа Бэйлора обнаружили, что белки, связывающие сахар, называемые лектинами, необходимы для совместной жизни амеб и бактерий. Исследование опубликовано в журнале Science.
Одноклеточные амебы живут в почве, жадно питаясь бактериями. По мере того, как этот источник пищи истощается, амебы испытывают стресс и реагируют на это, собираясь вместе, образуя сначала слизь, а затем плодовое тело, состоящее из шара сбалансированных спор. на вершине мертвого стебля», - сказал автор-корреспондент доктор. Адам Куспа, профессор биохимии и молекулярной биологии Бейлорского университета.
Уже много лет известно, что многоклеточные слизняки и стадии плодовых тел некоторых, но не всех социальных амеб переносят бактерии. Обширные исследования также показали, что амебы могут использовать эти бактерии в качестве источника пищи и в качестве защиты от других организмов. Некоторые бактерии производят противомикробные молекулы, которые социальные амебы могут использовать в качестве химического оружия против других организмов.
В 2016 году Куспа и его коллеги обнаружили еще одну интригующую особенность стадии слизней амебы.
Бактерии, которые стремятся атаковать стадию многоклеточных слизней социальной амебы, сталкиваются с эффективным защитным механизмом. Амебы бросают ловушки, сделанные из сетей ДНК, усыпанных антимикробными гранулами. Бактерии прилипают к сетям и умирают в них. Эта защитная стратегия похоже на то, что наблюдается в иммунных клетках млекопитающих, называемых нейтрофилами, которые также захватывают и уничтожают бактерии», - сказал Куспа, который также является владельцем Салиха Дж. Вакил, доктор философии. Заведующий кафедрой биохимии и молекулярной биологии Verna and Marrs McLean.
Эта находка заинтриговала исследователей Бэйлора. Как некоторым амебам удается поддерживать свой собственный микробиом и в то же время сохранять врожденный защитный механизм, который должен убивать бактерии? Что мешает амебе убить все бактерии?
Лектины являются ключевыми
Исследователи знали, что амебы выделяют молекулы, которые могут убивать бактерии вне клетки. Чтобы изучить выделение белков амебами, Куспа и его коллеги взяли из своей лаборатории штаммы амеб без микробиома - «штаммы-носители» - и дикие штаммы, несущие микробиом - штаммы-носители - и отдельно культивировали их с бактериями. Затем они собрали культуральную среду, жидкость, в которой росли клетки, и проанализировали белки, оставшиеся после клеток.
Когда Кристофер Дин, директор лаборатории, руководивший проектом, проводил этот эксперимент, он обнаружил большое различие между структурой белков, высвобождаемых штаммами-носителями и штаммами, не являющимися носителями. Наиболее поразительная разница была в двух белках, называемых дискоидинами, которые продуцировались примерно в 100 раз больше штаммами-носителями.
«Дискоидины - это тип лектина, представляющего собой очень хорошо известную группу белков, связывающих сахара, например, на поверхности бактерий», - сказал Куспа.
Амебы, которые производят дискоидины, имеют микробиом, тогда как те, которые не производят дискоидины, не имеют микробиома. Покрытие бактерий дискоидинами в лаборатории также защищает бактерии от уничтожения амебами.
«Мы также обнаружили, что другие лектины из растений, таких как, например, соя, могут защищать бактерии от уничтожения амебами и способствовать установлению микробиома», - сказал Куспа. «Кроме того, лектины, по-видимому, действуют не только как «кевларовый жилет» для бактерий, но и как посредник явления, родственного симбиозу - отношения между двумя или более организмами, которые живут близко друг к другу; бактерии, покрытые лектином, внутри амебы остаются живут дольше, чем бактерии без оболочки, и могут передавать генетический материал амебе."
Собирая все свои результаты вместе, исследователи предполагают, что их выводы указывают на новый, независимый способ, которым амебы справляются с бактериями, который принципиально отличается от хорошо известного пути поглощения бактерий и последующего их переваривания в фаголизосомах.
«Мы показываем, что дискоидин изменяет обращение с бактериями амебой, так что живые бактерии сохраняются внутри амебы, явление, которое мы назвали модифицированной интернализацией бактерий, индуцированной лектинами, или LIMBI», - сказал Куспа. «Благодаря LIMBI у бактерий есть возможность передавать генетический материал амёбам в клеточных культурах в лаборатории».
Кроме того, лектины также могут защищать бактерии от уничтожения клетками млекопитающих в культуре тканей в лаборатории.
«Мы планируем продолжить эти эксперименты на мышах, чтобы увидеть, могут ли лектины также изменять микробиом живых животных», - сказал Куспа. «Исследования показали, что лектины помечают бактерии для уничтожения, но это первая статья, доказывающая обратное».