Новости

11 января, 2021 16:56

«Ежики» в тумане: ученые обнаружили неизвестные вирусоподобные частицы внутри мшанок

Группа ученых из России, Австрии и США, которую организовали биологи из СПбГУ, впервые обнаружила вирусоподобные частицы внутри бактерий, живущих в мшанках (тип Bryozoa) — колониальных беспозвоночных-фильтраторов, обитающих на дне морей и океанов. Одни такие частицы внешне несколько напоминают эритроциты, другие — морских ежей. Хотя вирусов в симбионтах мшанок раньше никогда не находили, ученые предполагают, что эта биологическая «матрешка» может заметно влиять на жизненно важные функции животных-хозяев. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports (Nature research journals).
Колонии мшанок Paralicornia sinuosa. Источник: пресс-служба СПбГУ
Вирусоподобные частицы, найденные в бактериях внутри мшанки Paralicornia sinuosa. Образцы собраны на Большом барьерном рифе, Австралия. Источник: пресс-служба СПбГУ
Вирусоподобные частицы между бактериями внутри мшанки Bugula neritina. Образцы собраны в приливной зоне Атлантик-Бич, США. Источник: пресс-служба СПбГУ
Колонии мшанок Paralicornia sinuosa. Источник: пресс-служба СПбГУ
Колонии мшанок Bugula neritina. Источник: пресс-служба СПбГУ
Колонии мшанок Bugula neritina. Источник: пресс-служба СПбГУ
3 / 4
Колонии мшанок Paralicornia sinuosa. Источник: пресс-служба СПбГУ
Вирусоподобные частицы, найденные в бактериях внутри мшанки Paralicornia sinuosa. Образцы собраны на Большом барьерном рифе, Австралия. Источник: пресс-служба СПбГУ
Вирусоподобные частицы между бактериями внутри мшанки Bugula neritina. Образцы собраны в приливной зоне Атлантик-Бич, США. Источник: пресс-служба СПбГУ
Колонии мшанок Paralicornia sinuosa. Источник: пресс-служба СПбГУ
Колонии мшанок Bugula neritina. Источник: пресс-служба СПбГУ
Колонии мшанок Bugula neritina. Источник: пресс-служба СПбГУ

Жизнь большинства организмов на нашей планете тесно связана с бактериальными сообществами — микробиотой, которая помогает своему хозяину в очень многих процессах: от переваривания пищи до защиты от инфекций. И мшанки здесь не являются исключением: внутри некоторых видов этих беспозвоночных живут симбиотические бактерии, которые, например, делают их личинки «невкусными» для рыб, обеспечивая таким образом повышенную выживаемость потомства. Однако, чем этот симбиоз выгоден взрослому организму-хозяину, все еще остается для ученых загадкой. Пытаясь ее разгадать, исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета сделали неожиданное открытие.

В колониях вида мшанок Bugula neritina с восточного побережья США и в австралийской Paralicornia sinuosa они обнаружили нечто, похожее на вирусные частицы: между бактериями у американского вида — микроскопические частицы, по форме напоминающие красные кровяные тельца, а внутри и между бактериями у австралийского вида — частицы, похожие на крошечных морских ежей. Последние представляют собой сферы из тонких полых цилиндров, имеющих общий центр. Ученые в шутку назвали их «ежиками» в тумане, потому что «туманного» в их назначении предостаточно. Чтобы разобраться, что это за частицы и какую роль они играют в жизни мшанок, биологи обратились к коллегам из Института микробиологии имени С. Н. Виноградского ФИЦ Биотехнологии РАН.

«Ежики» из австралийского вида мшанок оказались очень похожи на описанные в 2014 году американскими учеными системы MACs (metamorphosis associated contractile structures), которые встречаются внутри морских бактерий Pseudoalteromonas luteoviolacea, образующих биопленки на поверхностях водных объектов», — рассказал заведующий лабораторией вирусов микроорганизмов Института микробиологии имени С. Н. Виноградского, доктор биологических наук Андрей Летаров.

MACs — это особые структуры, имеющие общее происхождение с вирусами бактерий (бактериофагами). В сущности, МАСs — это батарея из сократимых фаговых хвостов, направленных во все стороны.

«Контакт с биопленками Pseudoalteromonas стимулирует начало метаморфоза у одного из видов морских многощетинковых червей Hydroides elegans: когда свободноплавающая личинка червя опускается на дно и касается биопленки, то находящиеся в ней "ежики" выстреливают и инъецируют в клетки личинки белок, который запускает каскадную реакцию, заставляя личинку превратиться в сидячую взрослую особь», — объясняет Андрей Летаров.

Тем не менее между двумя системами есть явные различия, отмечает исследователь: внутри бактерий, которые изучали американские ученые, «ежики» — огромные и неупорядоченные, а внутри бактерий австралийской мшанки частицы аккуратно структурированы в небольшие шарики. Однако в целом структуры очень похожи. Какую именно роль играют «ежики» в этой биологической системе, ученым только предстоит выяснить, но первые предположения уже есть.

«Мы знаем, что некоторые виды мшанок, в частности Bugula neritina, способны передавать бактерии своим личинкам. Вместе с бактериями в личинок попадают и вирусы, обеспечивая вертикальный перенос симбионтов от поколения к поколению хозяина. Однако не все бактерии "уходят" из материнского организма в личинки. Те, что остались, размножаясь в больших количествах и вырабатывая токсичные метаболиты, потенциально могут становиться угрозой для организма хозяина. Найденные нами вирусоподобные частицы разрушают эти оставшиеся бактерии, по-видимому регулируя их количество в мшанке», — рассказал руководитель исследования, профессор кафедры зоологии беспозвоночных СПбГУ, доктор биологических наук Андрей Островский.

MAC-подобные структуры («ёжики»), обнаруженные у австралийской мшанки, также разрушают бактерии. Однако являются ли они, по аналогии с системой P. luteoviolaceae — H. elegans, посредниками, передающими некий сигнал от популяции бактерий-симбионтов своему хозяину, пока неясно.

Следующие шаги в этой работе, объясняют авторы научной статьи, будут связаны с изучением молекулярных процессов, в которые могут быть вовлечены вирусоподобные частицы. В ближайшее время ученые планируют провести секвенирование генома бактерий, содержащих эти частицы, чтобы вместе с коллегами-биоинформатиками попытаться обнаружить генетическую информацию, отвечающую за их формирование. Это поможет понять, какие белки вырабатывают «ежики» и как они влияют на другие части биологической «матрешки».

Правда, раздобыть материал, подходящий для исследований, не так-то просто: бактерии мшанок пока не удается вырастить в лаборатории. Их можно получить только из образцов, собранных в природе, то есть на побережье Австралии или восточном побережье США. И добраться туда, особенно в условиях пандемии, будет сложно. Поэтому ученые планируют поискать аналогичные структуры у мшанок, обитающих в Белом море — в районе Морской биологической станции СПбГУ. Среди здешних видов есть мшанки, которые также живут в симбиозе с бактериями.

Вирусы — неклеточные инфекционные агенты, по-видимому, самые многочисленные "частицы живого" на планете. Они реплицируются, то есть создают свои копии, за счет бактерий, архей, одноклеточных, грибов, растений, животных — словом, любых живых организмов.

«Это гигантский мир, история которого началась вместе с возникновением клеточной жизни на Земле, и поэтому нет ничего удивительного в том, что вирусы настолько тесно вовлечены в регуляцию процессов в большинстве живых организмов и что без них — просто никуда», — объяснил Андрей Островский.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда № 18-14-00086. Часть работы выполнена на оборудовании Научного парка СПбГУ.

Теги
Биология
21 января, 2022
Биологи МГУ выяснили механизм полёта мельчайших жуков
Международная команда исследователей под руководством специалистов кафедры энтомологии биологическ...
18 января, 2022
Ученые выяснили, от чего зависит эффективность доставки лекарств в раковые клетки
С помощью везикул, отделяемых от мембран клеток, можно доставлять в раковые клетки уничтожающ...