Биология

Ученые открыли первое семейство внеклеточных риккетсиеподобных бактерий

Атакованная бактериями Deianiraea клетка инфузории-туфельки

СПбГУ

Микробиологи Санкт-Петербургского государственного университета совместно с исследователями Миланского университета, университетов Пизы и Павии открыли новое семейство бактерий Deianiraeaceae, относящееся к порядку Rickettsiales. Это первое описанное семейство риккетсиеподобных бактерий-паразитов, представители которого ведут внеклеточный образ жизни и фактически являются хищниками. Исследование опубликовано в журнале ISME Journal.

Как жена Геракла

К семейству Deianiraeaceae, ставшему четвертым в порядке Rickettsiales, относится на данный момент одна бактерия, которую удалось обнаружить живой, — Deianiraea. Все известные ранее представители семейств риккетсиеподобных бактерий являются исключительно внутриклеточными специализированными паразитами, тогда как Deianiraea не только атакует жертву извне, но и проводит всю свою жизнь, не проникая в организм хозяина. Deianiraea паразитирует на инфузориях-туфельках Paramecium: бактерия, как хищник, нападает на инфузорию и размножается на ее поверхности, забирая ресурсы жертвы и в итоге умерщвляя ее.

Название бактерии Deianiraea было выбрано неслучайно: оно отсылает к мифу о Деянире, жене Геракла. По легенде, Деяниру пытался похитить кентавр Несс, однако Геракл убил его, пронзив стрелой с ядом Лернейской гидры. Умирая и желая отомстить, Несс попросил Деяниру собрать его кровь: якобы с ее помощью она навсегда сможет сохранить любовь своего мужа. Однажды до Деяниры дошел слух, будто бы Геракл увлекся другой женщиной. Испугавшись, она отправила ему хитон, смоченный в крови Несса. Одеяние, отравленное ядом гидры, сохранившимся в крови кентавра, убило Геракла. «Так и бактерия Deianiraea убивает инфузорию, полностью покрывая клетку будто бы отравленной туникой», — отмечает один из участников исследования, кандидат биологических наук, профессор кафедры микробиологии СПбГУ Алексей Потехин.

Хищница из микромира

Обнаружили новую бактерию по счастливой случайности: один из соавторов исследования, ведущий специалист ресурсного центра «Культивирование микроорганизмов» Научного парка СПбГУ Наталья Лебедева, находясь в поездке на Кипре, взяла пробу воды из впадавшего в море водостока в Ларнаке. Изучив в лаборатории состав пробы, ученые обнаружили, что в ней содержится большое количество инфузорий-туфелек. Наблюдая за ними некоторое время, исследователи заметили, что инфузории теряют реснички, с помощью которых передвигаются и питаются, и затем гибнут. Другие инфузории, подсаженные в ту же среду, вскоре также погибали. При ближайшем рассмотрении пострадавших инфузорий обнаружилось, что они облеплены слоем бактерий — на тот момент неизвестных науке.

«Новые семейства у бактерий в наши дни открывают редко. Это всегда серьезная находка, к какой бы группе это семейство ни принадлежало. В данном случае новое семейство обнаружено в очень хорошо изученной группе — порядке Rickettsiales. Ранее в разных образцах удавалось обнаружить только нуклеотидные последовательности, кусочки ДНК бактерий, которые относили к риккетсиеподобным, но их не удавалось встроить в существующую систему семейств порядка. Впервые мы обнаружили именно живую бактерию, и молекулярно-филогенетический анализ позволил все ранее разрозненные веточки сгруппировать вокруг некоего центра. Так удалось выделить новое семейство — Deianiraeaceae. Можно сказать, нам повезло», — рассказывает Алексей Потехин.

Сильная и почти независимая

Deianiraea, в отличие от других риккетсиеподобных, не только способна реплицироваться, то есть делиться вне клетки, но и поддерживать свою жизнедеятельность с меньшей зависимостью от хозяина. «У Deianiraea, по сравнению со всеми другими риккетсиеподобными бактериями, очень большие способности к синтезу аминокислот: она может сама синтезировать 16 аминокислот, в том числе восемь таких, которые другие представители порядка производить не способны. Из 20 необходимых аминокислот 16 — уже практически полноценный набор. Оставшиеся она, скорее всего, все-таки берет у своих жертв, но этого мы наверняка не знаем. Также Deianiraea способна синтезировать нуклеотиды: другие риккетсии этим не занимаются, поскольку получают их от хозяина», — уточняет биолог.

Еще одна особенность Deianiraea в том, что она имеет несколько систем секреции: у бактерий они позволяют секретировать белки, в том числе для взаимодействия с другими клетками. Deianiraea обладает системой для взаимодействия с другими бактериями и системой секреции четвертого типа, которая, как предполагают ученые, позволяет ей наладить контакт с инфузорией. На данный момент исследователями не установлено, как именно это взаимодействие происходит и что бактерия может получать от инфузории или других организмов-хозяев.

Родственница митохондрий

Представители трех ранее известных семейств порядка Rickettsiales — различные внутриклеточные симбионты и паразиты эукариот, в том числе возбудители заболеваний животных и человека (например, сыпного тифа). Считается, что риккетсиеподобные имеют общего предка с бактерией, от которой произошли митохондрии. В клетках человеческого (и любого другого эукариотического) организма митохондрии отвечают за синтез АТФ, то есть энергетический обмен клетки. Появление среди Rickettsiales новой — внеклеточной — бактерии Deianiraea позволяет предположить, что эволюционный путь современных митохондрий мог отличаться от того, каким его принято считать.

«Эволюция всегда при возможности идет в сторону экономии, уменьшения количества функций: все ненужное отсекается и не восстанавливается. Ранее считалось, что общий предок всех риккетсиеподобных бактерий был уже специализированным внутриклеточным паразитом с сильно усеченными способностями к биосинтезу, то есть не мог синтезировать массу незаменимых веществ, получая их от хозяина, и всегда поддерживался и воспроизводился только в клетках организма хозяина. Результаты нашего исследования позволяют достаточно уверенно утверждать, что последний общий предок всех риккетсиеподобных бактерий вел внеклеточный образ жизни, обитал в воде, имел жгутик и был метаболически самодостаточен, хотя, вероятно, при этом уже имел клеточные системы, позволяющие взаимодействовать с другими клетками, и мог паразитировать на них. Затем в нескольких эволюционных линиях его потомков, приведших к появлению современных семейств порядка Rickettsiales, независимо возникла приспособленность уже к внутриклеточному паразитизму. Обнаружение Deianiraea заставляет вернуться к вопросу о том, когда бактерии — предки митохондрий смогли поселиться в клетках — предках современных эукариот и какими именно особенностями могли обладать эти предковые формы», — заключает ученый.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.