биомолекула.ру. Взгляд изнутри.
 

Логин:
Пароль:


Дружественные обитатели слизи: фаги как компонент иммунитета

[5 июня, 2013 г.]

То, что слизь, вырабатываемая практически всеми организмами в самых разных местах и ситуациях, способствует защите от бактериальных инфекций, было известно давно, однако недавние работы ученых из Университета Калифорнии в Сан-Диего позволяют по-новому посмотреть на то, как именно она это делает. В самых разных слизях содержатся белки, гидролизующие клеточные стенки бактерий (например, лизоцим). Также в составе слизей есть иммуноглобулины. Однако сейчас выдвигается гипотеза о том, что решающим действующим компонентом ответа на инфекции могут быть отнюдь не белки, а бактериофаги, которых в слизях оказывается чрезвычайно много.

Бактериофаги (бактериальные вирусы) — это наиболее распространенные организмы на нашей планете. В прибрежных тропических водах концентрация фаговых частиц может достигать 107 на миллилитр жидкости, что на порядок больше количества бактерий, которых они заражают, в этих же биотопах. Всего же число фаговых частиц в биосфере может достигать 1030 штук [12]. Такое огромное количество индивидуальных организмов не может не быть мощнейшим фактором в экологии сообществ и эволюции биосферы в целом. Так, например, несмотря на то, что гены бактерий при заражении фагами попадают в новые фаговые частицы лишь один раз на каждые 108 инфекций, генетическая трансдукция (горизонтальный перенос бактериальных генов фагами) происходит в океане с частотой примерно 20 миллионов миллиардов раз в секунду [3].

Разумеется, и наши организмы, населенные большим количеством бактерий, не могут при этом не нести в себе существенного числа бактериофагов. В наших телах они обитают в основном на поверхности кожи и слизистых оболочек, в легких, а также во рту и в остальных частях желудочно-кишечного тракта.

В организме человека бактериальных клеток чуть ли не в 10 раз больше, чем наших собственных [4]. Примерно 2–4 килограмма нашего веса приходится на долю микробиома — микробного сообщества, для которого мы являемся средой обитания. Его состав и общее состояние является важным фактором нашего здоровья — какие-то бактерии нам помогают (например, переваривать пищу), а какие-то вызывают заболевания. Нам важно контролировать свой микробиом, поддерживая полезных микроорганизмов и репрессируя вредных. И мы, разумеется, не одиноки в этой своей потребности, — эволюция механизмов взаимодействия многоклеточных организмов с микробами началась с появлением многоклеточных. И слизь — одно из первых эволюционных изобретений в этой области. Практически все животные так или иначе используют слизь в качестве барьера между окружающей средой и тканями. В составе слизи можно секретировать антитела, гидролитические белки и прочие факторы, ограничивающие рост опасных бактерий. А недавние исследования показывают, что слизь может стать отличной средой для налаживания уникального симбиоза между многоклеточными животными и бактериофагами.

Форест Роуэр из Университета Калифорнии в Сан-Диего занимается изучением состава и свойств слизей разных животных (преимущественно морских) на протяжении нескольких лет. Его группе удалось обнаружить, что количество бактериофагов в этих субстанциях превышает их количество в окружающей среде приблизительно в четыре раза. А в своей последней работе коллективу удалось продемонстрировать, как фаги взаимодействуют с компонентами слизи и почему это взаимодействие может быть основой взаимовыгодного симбиоза. Выяснилось, что отдельные поверхностные белки фаговых капсидов, своей структурой напоминающие иммуноглобулины, в состояние присоединяться к гликанам, входящим в состав основного компонента слизи — муциновых комплексов. Муцин — это гликопротеид, содержащий помимо белковой основы большое количество разветвленных олигосахаридов, которые чрезвычайно разнообразны по своему составу и длине, что дает им возможность взаимодействовать с широким диапазоном разных бактериофагов [5].

Иллюстрация из статьи Джереми Барра и соавторов из группы Фореста Роуэра, демонстрирующая поведение бактериофагов на поверхности слизистых оболочек [5].

За связывание с гликанами муцина у фагов отвечают белки, имеющие гипервариабельные домены, своей структурой напоминающие иммуноглобулины. Такие белки в капсидах фагов встречаются довольно часто, на что указывают, в частности, метагеномные исследования генетического материала фагов человеческого кишечника [6]. Основываясь на этих данных, группа Джереми Барра и Фореста Роуэра предлагает модель, согласно которой многоклеточные животные и фаги коэволюционировали, в результате чего среди механизмов иммунного ответа на бактериальные инфекции появился и некий «фаговый иммунитет», работающий в слизистых оболочках. Сами фаги от такого симбиоза тоже выигрывают, поскольку получают возможность заражать бактерии, которых на слизистых оболочках бывает в избытке, и эффективно размножаться.

Публикация Барра и Роуэра нашла живой отклик в сообществе микробиологов и вирусологов. Ротем Сорек, микробиолог из Института Вейсмана в Реховоте, называет пример такого симбиоза уникальным, а его коллега из Университета Пеннсильвании в Филадельфии Фредерик Бушмен находит идею о том, что фаги могут быть компонентом врожденного иммунитета, оригинальной и вдохновляющей. Сам Джереми Барр считает, что фаги стали населять слизистые оболочки самых разных организмов с момента возникновения слизи в результате эволюции.

По материалам Nature News [7].

Литература


  1. Chibani-Chennoufi S., Bruttin A., Dillmann M.L., Brüssow H. (2004). Phage-host interaction: an ecological perspective. J Bacteriol. 186, 677–66;
  2. Mann N.H. (2005). The third age of phage. PLoS Biol. 3, e182;
  3. Bushman F. (2002). Lateral DNA Transfer: Mechanisms and Consequences. CSHL Press, 2002;
  4. Willey J., Sherwood L., Woolverton C. Prescott’s Microbiology 8th Edition. ISBN 10: 0077350138 ISBN 13: 9780077350130;
  5. Barr J.J., Auro R., Furlan M., Whiteson K.L., Erb M.L., Pogliano J., Stotland A., Wolkowicz R., Cutting A.S., Doran K.S., Salamon P., Youle M., Rohwer F. (2013). Bacteriophage adhering to mucus provide a non-host-derived immunity. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., doi: 10.1073/pnas.1305923110;
  6. Minot S., Grunberg S., Wu G.D., Lewis J.D., Bushman F.D. (2005). Hypervariable loci in the human gut virome. PLoS Biol. 3, e182;
  7. Nature News — «Viruses in the gut protect from infection».

Автор: Стефанов Юрий.

Число просмотров: 856.

Вернуться в раздел «Новости»

Комментарии

(Оставить комментарий) (показывать сначала старые комментарии)

Яндекс.Метрика

© 2007–2015 «биомолекула.ру»
Электропочта: info@biomolecula.ru
О проекте · RSS · Сослаться на нас

Дизайн и программирование —
Batch2k15.

Сопровождение сайта — НТК «Биотекст».

Условия использования сайта
Об ошибках сообщайте вебмастеру.