Польза антибиотиков для здоровья людей и животных неоспорима. Однако по мере того, как микробы становятся все более устойчивыми к противомикробным препаратам и другим лекарствам, ученые заинтересовались новыми решениями растущего кризиса супербактерий, включая использование защитных микробов и фекальных трансплантатов. В новом исследовании ученые Оксфордского университета разработали лабораторный подход, позволяющий быстро создавать положительные взаимозависимые отношения между хозяевами и бактериями, называемые «мутуализмами». Эти бактериальные отношения, разработанные в лаборатории, демонстрируют, как микробы могут работать со своими хозяевами, чтобы предотвратить инфекцию.
Защитные отношения хозяин-микроб широко распространены в природе среди растений и животных, включая людей. Взаимная выгода исходит от того, что хозяин извлекает выгоду из защиты бактерий, а бактерии затем извлекают выгоду из того, что хозяин является здоровой жизненной средой, что позволяет им накапливаться со временем.
В исследовании, опубликованном в Evolution Letters, ученые из Оксфордского факультета зоологии работали с Университетом Бата, чтобы проверить, могут ли эти защитные «мутуализмы» между хозяином и микробом эволюционировать с нуля для защиты от нападения вредоносных и инфекционных паразитов.
Команда отследила эволюцию нематодного червя-хозяина и кишечной бактерии (Enterococcus faecalis) с потенциалом защиты от более патогенных бактериальных инфекций. Всего через несколько коротких недель эволюции изменения как в червях, так и в кишечных бактериях привели к тому, что виды стали работать вместе и в конечном итоге создали взаимовыгодный союз, защищающий их обоих от атак паразитов. Эффект наблюдался только тогда, когда бактерия-хозяин и кишечная бактерия эволюционировали совместно в присутствии паразита.
Д-р Шарлотта Рафалюк-Мор, ведущий автор статьи и постдокторский научный сотрудник Департамента зоологии, объясняет: «Наше исследование показывает, что защита кишечными микробами является преимуществом, которое усиливается и взаимно и хозяин развиваются вместе. Бактерии эволюционировали, чтобы стать более защитными, и, в свою очередь, хозяева эволюционировали, чтобы позволить больше колонизировать E.faecalis. Эволюция, позволяющая защитным бактериям колонизировать и помогать, может стать обычным средством защиты от инфекционных заболеваний».
О разнице между этим исследованием и другими исследованиями бактериального симбиоза д-р Рафалюк-Мор сказал: «Само по себе формирование взаимозависимых отношений между хозяевами и бактериями не является новой концепцией. Однако наше исследование впервые развило эту взаимосвязь с нуля. Некоторым «мутуализмам» требуются годы эволюционной истории, прежде чем они принесут какую-либо защитную выгоду, но в нашем случае отношения были разработаны и сформированы в течение нескольких недель в лаборатории - до этого червь-хозяин и бактерия были совершенно чужеродными существами.
Чтобы понять, когда защитный мутуализм, скорее всего, разовьется в природе, команда работала с доктором Беном Эшби из Университета Бата над изучением математических моделей совместного развития хозяев и бактерий. Модели предсказывают, что если защита слишком низка, то у хозяина мало пользы от укрывательства бактерий, но если защита слишком высока, другие микробы могут быть уничтожены, что устраняет необходимость в защите. Поэтому, когда микробы обеспечивают умеренный уровень защиты, наиболее вероятно развитие «мутуализма».
Понимание происхождения и поддержания защитных отношений между хозяевами и их «хорошими бактериями» является насущным вопросом для биологов-эволюционистов. Команда обнаружила, что скорость развития отношений может сыграть важную роль в их общем успехе, а также в их потенциальном использовании в качестве лечения для здоровья человека. Как объясняет д-р Рафалюк-Мор: «У нас растет проблема с антибиотиками, которые не могут лечить болезни, и наши исследования показывают, что как использование, так и разработка «взаимовыгодных отношений» могут принести пользу людям, предотвращая заражение болезнетворными паразитами. Исследование также показывает, что взаимодействие генетического фона хозяина и микроба может играть роль в установлении этих защитных отношений между хозяином и бактериями и, таким образом, в потенциальном успехе, например, бактериотерапии и фекальных трансплантаций.
Доктор Кайла Кинг, старший автор и доцент кафедры биологии паразитов в Оксфорде, добавила: «Все тела людей и животных покрыты микробами внутри и снаружи. Многие из этих бактерий могут помочь, защищая нас (своих хозяев) от нападения вредоносных паразитов. По сути, слегка паразитические отношения перерастают во взаимовыгодные.
'Благодаря финансированию дальнейших исследований мы намерены выяснить, как хозяева позволяют этим защитным бактериям колонизироваться внутри себя, и что они делают для поддержки этого взаимодействия. Иммунная система хозяина не нацелена на полезные бактерии, или же хозяева активно отбирают хорошие бактерии среди других в микробиоте?'