Международная группа исследователей обнаружила замечательный микроб с характером Джекила и Хайда. Бактерия Burkholderiagladioli живет в определенных органах жука-растения и защищает яйца насекомого от вредных грибков, производя антибиотики. Однако при переносе на растение бактерия может распространяться по тканям и негативно влиять на растение.
Микробы не всегда являются враждебными игроками при взаимодействии с животными и растениями, они также могут быть могущественными союзниками. На самом деле переходы между антагонистическим и кооперативным образом жизни у микробов, вероятно, не являются исключением, хотя такие сдвиги редко наблюдались непосредственно. В новом исследовании, опубликованном в Nature Communications, исследователи из Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга (JGU), Института химической экологии им. Макса Планка и Института исследований натуральных продуктов и биологии инфекций им. Universidad Estadual Paulista в Рио-Кларо, Бразилия, собрал доказательства такого перехода.
Жуки передают защиту потомства бактериям
Как и многие другие насекомые, группа травоядных жуков Lagriinae остро нуждается в эффективной защите. Яйца они откладывают во влажную почву под опавшие листья, где встречи с плесневыми грибами гарантированы. Исследователи под руководством профессора Мартина Кальтенпота из Университета Майнца обнаружили, что присутствие особой бактерии Burkholderiagladioli на яйцах жука Lagria villosa значительно снижает риск грибковой инфекции и помогает им выжить. «Даже когда мы наносили плесневые грибы на яйца жуков, те из них, в которых присутствовал их симбиотический микроб, оставались чистыми, тогда как те, где их не было, часто покрывались лужайкой грибов», - сказал первый автор доктор. Лаура Флорес, проводившая эксперименты для своего докторского проекта в Институте химической экологии им. Макса Планка в Йене, описывает один из ключевых результатов. Хотя некоторые другие насекомые также полагаются на микробы для защиты от естественных врагов, микробная защита уязвимой стадии яйца была неизвестна.
Недавно открытый антибиотик напоминает соединение для защиты растений
Как достигается защита яиц жуков, богатых питательными веществами? Химический анализ выявил четыре разных антибиотика, вырабатываемых микробными телохранителями жука. Хотя две из них уже были известны, две другие молекулы ранее не были описаны. «Мы были особенно удивлены, обнаружив новое химическое вещество, которое больше похоже на соединение для защиты растений, чем на бактериальный антибиотик», - сказал профессор Кристиан Хертвек из Института исследований натуральных продуктов и биологии инфекций Лейбница, который руководил химическими анализами. Все четыре соединения ингибировали рост других микробов; одни были активны против грибков, другие против бактерий. Этот химический арсенал, вероятно, защищает яйца жука от широкого спектра вредоносных микробов.
Друг насекомого, враг растения
Удивительно, но союзники жуков очень тесно связаны с патогенами растений. И действительно, когда ученые применили бактерии к растениям сои, обычному источнику пищи жуков L. villosa в природе, микробы распространились по растениям. Там они оказали негативное влияние, поскольку инфекция привела к производству меньшего количества бобов по сравнению с контрольными растениями. Но действительно ли у бактерий есть шанс покинуть жука и заразить растение в природе? Дополнительный эксперимент показал, что да. После того, как жуки были ограничены листьями сои в течение трех дней, в листьях можно было обнаружить генетический материал бактерий. То, что это, вероятно, имеет отношение к природе, показывает анализ пяти родственных видов жуков: все они содержали штаммы Burkholderiagladioli, но они были более тесно связаны с другими штаммами Burkholderiagladioli, связанными с окружающей средой или растениями, чем друг с другом. Таким образом, бактерии, скорее всего, используют жуков, чтобы прыгать с растения на растение.
Симбиоз насекомых как кладезь антибиотиков
Описано много случаев насекомых, переносящих микроорганизмы между растениями. «Что интересно в жуках Lagria, так это то, что их бактериальные попутчики превратились в химически вооруженных телохранителей», - объяснил профессор Мартин Калтенпот. Кроме того, способность этой бактерии производить ранее неизвестные биологически активные соединения подчеркивает партнерство между насекомыми и микробами как многообещающие источники новых антибиотиков, которые могут помочь бороться со все более устойчивыми человеческими патогенами..