Губки образуют обширный тип животных, насчитывающий более 7 500 видов по всему миру, которые встречаются в самых разных местах обитания в океане. Особенностью этого типа животных является их способность фильтровать морскую воду, через которую эти организмы добывают себе пищу. При этом некоторые виды губок могут перемещать через свое тело до 24 000 литров в день. Окружающая морская вода содержит широкий спектр вирусов - в среднем один миллилитр воды содержит 10 миллионов вирусов. Таким образом, фильтрующий образ жизни губок в сочетании с обильным распространением вирусов в океане может свидетельствовать о том, что морские губки могут иметь тот же вирусный состав, что и окружающая вода.
Исследователи из Совместного исследовательского центра (CRC) 1182 «Происхождение и функция метаорганизмов» Кильского университета (CAU) и Центра исследований океана Гельмгольца GEOMAR в Киле неожиданно показали, что губки обладают очень специфической сигнатурой вирусной последовательности. (т. е. вироме), который поразительно уникален даже для особей данного вида. Некоторые бактериофаги, то есть вирусы, поражающие бактерии, способны дополнительно модулировать иммунную систему хозяина и, таким образом, защищать бактериальные симбионты от переваривания. В то время как вирусы, как правило, известны своими патогенными свойствами, новые результаты исследований теперь также демонстрируют положительное влияние бактериофагов на взаимодействие организмов-хозяев с бактериями. Результаты были получены благодаря международному сотрудничеству между тремя странами, в том числе исследователями университетов Вюрцбурга, Барселоны и Утрехта. Таким образом, исследование, опубликованное сегодня в журнале Cell Host & Microbe, проливает новый свет на симбиоз между многоклеточными организмами и их микробными сообществами, который может регулироваться бактериофагами в тройственной взаимосвязи.
Неизведанный микрокосм
Чтобы проанализировать состав вирусного сообщества губок, исследователи изучили четыре разных вида губок из определенного места в Средиземном море. В каждом случае они сравнивали многочисленные особи и разные ткани одного и того же вида друг с другом. «Вопреки нашему первоначальному предположению, у каждой особи губки есть свой уникальный виром, даже если они живут рядом друг с другом». Следовательно, нет двух одинаковых губок с точки зрения их вирусного сообщества», - резюмировал Мартин Т. Ян, докторант GEOMAR и начинающий исследователь CRC 1182. «Состав вирома, таким образом, в первую очередь не определяется окружающей средой или воздействие на ткань окружающей воды, а скорее определяется внутренними факторами», - сказал первый автор исследования, который сотрудничал с другими ранними исследователями из четырех рабочих групп в CRC 1182.
Примечательно, что вирусы, обнаруженные в губках, были в значительной степени неизвестны. «В наших образцах мы обнаружили почти 500 новых родов вирусов», - подчеркнул Ян. «Эти вирусы совершенно новые и, возможно, встречаются только в губках и больше нигде в природе», - сказал Ян. Такой порядок величин показывает, что изучение вирусного разнообразия только начинается.
Животное-хозяин, бактерии и фаги взаимодействуют друг с другом
Наблюдаемые различия между вирусными сообществами губок и сообществами морской воды вызвали вопрос о том, имеют ли вирусы губок специфические функции. Исследовательская группа изучила перечень вирусных генов и обнаружила гены, аналогичные генам многоклеточных организмов, где они отвечают за взаимодействие определенных белков. «Этот удивительный результат пробудил у нас особый интерес», - сказала Уте Хентшель Хумейда, член CRC 1182 и профессор морской микробиологии в GEOMAR.«Мы хотели понять, почему у бактериофагов есть ген, кодирующий белок, чего мы скорее ожидали бы от многоклеточных организмов», - продолжил Хентшель Хумейда.
Чтобы исследовать роль этого так называемого белка ANKp, они изучили его влияние на модельную систему: они экспрессировали белок в бактерии Escherichia coli и исследовали его влияние на определенные клетки-мусорщики (макрофаги), которые встречаются в иммунной системе позвоночных. Результат указывает на центральную роль белка ANKp: он вызывал значительно меньшее разрушение E. coli клетками-мусорщиками. Поразительно, но белок, по-видимому, позволяет бактериофагам взаимодействовать с животным-хозяином, подавляя иммунный ответ хозяина, тем самым защищая бактерии от переваривания. Поэтому ученые предполагают, что бактериофаги являются частью трехстороннего взаимодействия организма-хозяина, бактерий и бактериофагов, где они обеспечивают механизмы для поддержания симбиотического сосуществования.
Расширение концепции симбиоза?
Исследователи CRC 1182 интерпретируют новые результаты как новый и важный вклад бактериофагов в симбиозы многоклеточных организмов-хозяев и их микробных партнеров. «Мы подозреваем, что бактериофаги играют важную роль во взаимодействии между многоклеточными организмами-хозяевами, включая людей, и бактериями», - резюмировал Мартин Т. Ян. «Вирусные белки, такие как ANKp, могут даже способствовать такому взаимодействию между хозяевами и бактериями, в первую очередь, потому что они позволяют бактериям уклоняться от иммунной системы хозяина», - продолжил Ян. «Поэтому фундаментальную концепцию симбиоза можно понимать как взаимодействие между тремя сторонами», - заключил Хентшель Хумейда. В будущем Хентшель Хумейда и его команда продолжат изучение этой гипотезы, имеющей центральное значение для исследования метаорганизма, и подтвердят функциональное участие бактериофагов в симбиозах хозяин-микроб.