Разбираем мир микробиологии по кусочкам
Победа в крошечных и “грязных” битвах
Помните ли вы свою недавнюю прогулку на улице? Прогулку, которая была сделана не по бетонным дорогам, а по натуральной почве? Прохаживаясь по почве, вы когда-нибудь думала о том мире, что находится у вас под ногами? Мире, который не так уж и сильно отличается от нашего? Почва напоминает большое государство, где бактерии, грибки, животные, и растения являются ее гражданами. Утилизация отходов в этой стране осуществляется бактериями и грибками, которые относятся к классу деструкторов. Деструкторы разрушают мертвое вещество и высвобождают минералы и источники углерода и азота, которые будут использованы остальными организмами.
Грибки группы Mortierella являются деструкторами, и проживают во всех уголках мира в самых разных климатических условиях. Эти грибки превращают крупные молекулы в готовые к употреблению источники энергии. Таким образом, Mortierella не только предотвращает скопление мертвых элементов, но и устраняет загрязняющие вещества из почвы. Как и в нашем мире, у жителей почвы порой складываются враждебные отношения друг с другом. Круглые черви нематоды охотятся на грибки Mortierella. Грибки, однако, имеют мощные оружия для сопротивления.
В своей недавней публикации, Ханна с группой ученых из Германии и Австралии исследовали химические вещества, которые защищают грибки от нематод. Ученые были особенно заинтересованны определенным штаммом грибка Mortierella под названием NRRL 6337. Две молекулы, принадлежащие к классу бензолактоновых энамидов, были извлечены из грибков (Изображение 1). Ученые уверены, что данные химические вещества обладают цитотоксическими свойствами (цито → клетка; токсичный → ядовитый), так как их структура идентична структуре двух цитотоксических молекул, производимые бактерией группы Burkholderia.
Однако, это открытие заставило исследователей усомниться в том, способны ли грибки Mortierellaсинтезировать эти соединения. Предыдущие исследования показали, что некоторые грибки из данной группы вступают в близкие отношения с бактериями-симбионтами. Эти бактерии живут внутри грибка, делая данные отношения эндосимбиотическими (эндо → внутри + симбиоз → взаимовыгодные отношения). Тогда возникает вопрос: кто синтезирует бензолактоновые энамиды: грибки или бактерии?
Однако, это открытие заставило исследователей усомниться в том, способны ли грибки Mortierellaсинтезировать эти соединения. Предыдущие исследования показали, что некоторые грибки из данной группы вступают в близкие отношения с бактериями-симбионтами. Эти бактерии живут внутри грибка, делая данные отношения эндосимбиотическими (эндо → внутри + симбиоз → взаимовыгодные отношения). Тогда возникает вопрос: кто синтезирует бензолактоновые энамиды: грибки или бактерии?
Ученые решили культивировать NRRL 6337 в присутствии антибиотиков, которые предотвращают рост бактерий. Грибковые колонии, лишенные своих эндосимбиотических бактерий, не выработали цитотоксические молекулы. Скорее всего, бактерии были мастерами-химиками, которые производили химические вещества.
Чтобы окончательно убедиться в том, что бактерии участвуют в производстве “химического оружия”, ученые попытались вырастить бактерии в отсутствии хозяина-грибка. Эксперимент оказался неудачным, и данные результаты объясняют тесную связь между бактериями от грибком-хозяином.
Хотя бактерии не могли быть выращены без присутствия грибка, ученые смогли выделить бактериальную ДНК. Анализ генетического материала показал, что эта бактерия является представителем группы Mycoavidus и носит название Mycoavidus necroximicus.
Ученые сравнили гены этого организма-симбионта с генами других симбионтов, проживающих с грибками Mortierella. Такое сопоставление помогло выявить химический потенциал бактерий, и сравнить его с другими родственными эндосимбионтами. Было обнаружено, что часть генетического кода Mycoavidus necroximicus имела сходство с генами Burkholderia B8, которые, как известно, ответственны за синтез бензолактоновых энамидов. Этот последний эксперимент доказал, что данные симбиотические бактерии были ответственны за создание химических молекул.
Последняя часть головоломки была нацелена на определение антинематодной активности бензолактоновых энамидов. Для этого ученые вырастили NRRL 6337 двумя способами: одна культура была выращена в присутствии эндосимбионта, а другая культура развивалась без него. После этого, клеточный материал каждой из культур был извлечен и разделен на 9 частей с использованием метода HPLC. Далее, все части были заражены нематодой C. elegans.
Если часть клеточной культуры допускает рост нематод, это означает, что в данной культуре отсутствует физиологическая активность, которая защитила бы клетки от заражения. Напротив, если нематода не может прорасти, данная культура обладает потенциалом защиты от нематод. Результаты показали, что C. elegans смогла прорасти во всех культурах грибков, в которых отсутствовали бактерии-симбионты. Однако, к удивлению ученых оказалось, что одна из культур, содержащая эндосимбионт NRRL 6337, обладала способностью убивать нематод (Изображение 2). Как и предполагалось, эта часть содержала бензолактоновые энамиды.
Ученые определили оптимальную дозу вещества, которая подавляла бы рост нематод. Для дополнительного подтверждения результатов эксперимента, выделенные химические молекулы были протестированы на нематоде A. avenae, которая убивает грибки Mortierella в природе. Исследование, в конечном итоге, продемонстрировало успешную активность против нематод.
Группе немецких и австралийских ученых удалось раскрыть ранее неизвестный механизм микробной защиты от хищных нематод. Данная система защищает грибки, которые перерабатывают мертвые вещества и возвращают их назад в почву, тем самым обогащая ее и принося пользу ее обитателям. Гонка микробных вооружений применима и к нашему миру. Ежегодно, нематоды уничтожают огромное количество сельскохозяйственных культур. Применение микробных защитных молекул может помочь фермерам спасти растения и избавиться от нематод. Новые открытия, подобные тому что мы описали в этой статье, приближают людей к созданию методов защиты сельскохозяйственных культур и других живых организмов.
В следующий раз, когда вы будете прогуливаться по почве, не забудьте уделить время чудесами мира под вашими ногами!
Featured image: Image Credits: Tanishq Minda
Перевод был сделан Марией Мартыновой
micro-bites.org 