Отношения между гавайским бобтейлом кальмаром и биолюминесцентными бактериями, живущими в его световом органе, десятилетиями изучались в качестве модели симбиоза. Теперь исследователи использовали мощный инструмент химического анализа для идентификации небольшой молекулы, продуцируемой бактериями, которая, по-видимому, играет важную роль в их колонизации светового органа.
Исследование, опубликованное 9 марта в журнале mBio, добавляет новый штрих к пониманию учеными химических сигналов, участвующих в этих культовых симбиотических отношениях.«Удивительно, что даже в такой хорошо изученной системе есть еще что открыть», - сказала автор корреспондента Лаура Санчес, доцент кафедры химии и биохимии Калифорнийского университета в Санта-Круз.
Гавайский бобтейл - это небольшой ночной кальмар размером с большой палец, который живет на мелководье в прибрежных водах, днем прячется в песке, а ночью выходит на охоту за мелкими креветками и другой добычей. Биолюминесцентное свечение его светового органа направлено вниз и регулируется в соответствии с интенсивностью света луны и звезд, устраняя тень кальмара и маскируя его силуэт. Эта стратегия «контросвещения» помогает скрыть кальмара как от донных хищников, так и от его собственной добычи.
Молодь бобтейлового кальмара полностью свободна от бактерий при первом вылуплении, но в течение нескольких часов его светлый орган заселяется очень специфическим типом бактерий, называемым Vibrio fischeri. Детеныш кальмара попадает в среду, изобилующую тысячами видов бактерий и миллионами бактериальных клеток на миллилитр морской воды, из которых лишь крошечная часть приходится на V.фишери. Однако только специально приспособленные бактерии способны поселиться внутри светового органа.
"Это очень элегантный симбиоз", - сказал Санчес. «Мы уже знали, что не все штаммы V. fischeri одинаковы - некоторые являются лучшими колонизаторами, чем другие, - и мы хотели знать, определяется ли это химическими сигналами».
В лаборатории Санчеса используется метод, называемый масс-спектрометрией визуализации, который позволяет исследователям напрямую визуализировать пространственное распределение всех видов молекул в образце, таком как образец кальмара или бактериальная колония. Большинство методов определения того, где в образце находятся определенные молекулы, включают маркировку целевых молекул. Но масс-спектрометрия изображений позволяет проводить нецелевые исследования - другими словами, вам не обязательно знать, что вы ищете.
«Очень сложно визуализировать химию в организме», - объяснил Санчес. «С помощью масс-спектрометрии мы обнаруживаем химические вещества напрямую и знаем, где они находятся в образце».
Небольшая молекула, идентифицированная в этом исследовании, представляет собой тип дикетопиперазина (DKP), большого семейства циклических дипептидов. Этот конкретный DKP - цикло(D-гистидил-L-пролин), или cHP-3 - был непосредственно обнаружен в светлых органах колонизированного кальмара. Он также в большем количестве продуцировался штаммами V. fischeri, которые демонстрировали повышенное образование биопленки, что коррелирует со способностью к колонизации. И, наконец, добавление в бактериальные культуры cHP-3 привело к зависящему от концентрации увеличению биолюминесценции.
«Мы знаем, что он вырабатывается в течение первых нескольких часов колонизации, когда устанавливается симбиоз, и мы также знаем, что он влияет на бактериальную люминесценцию, а биолюминесценция и колонизация связаны друг с другом», - сказал Санчес..
Результаты показывают, что cHP-3 является важным химическим сигналом, специфичным для этого симбиоза, но исследователи еще не определили точно, какова его роль или детали его взаимодействия.
«Сейчас мы над этим работаем. Мы не знаем задействованных механизмов, но происходит гораздо больше, чем мы думали», - сказал Санчес. «Следующие шаги для нас - найти кластер генов, который его производит, и выяснить, насколько широко он используется».
Помимо Санчеса, соавторами статьи являются исследователи из Университета Иллинойса в Чикаго и Университета Висконсина в Мэдисоне. Эта работа была поддержана Национальным институтом здравоохранения и Чикагским биомедицинским консорциумом.