Выгоды антибиотиков как для людей, так и для животных, бесспорны. Однако микробы приобретают всё большую устойчивость к лекарствам, и учёные проявляют растущий интерес к новым решениям этого «супермикробного» кризиса, включая использование «защитных» микробов. В новом исследовании учёные Оксфордского университета сумели быстро создать отношения взаимозависимости между носителями и бактериями. Эти созданные в лаборатории взаимоотношения показывают, как микробы могут действовать совместно со своими хозяевами в борьбе с инфекциями.
Защитные взаимоотношения между микроорганизмами и их носителями широко распространены в природе, среди растений и животных, включая человека. Взаимная выгода основана на защите, которую бактерии оказывают хозяину, получая среду для своей жизнедеятельности.
В исследовании, опубликованном в Evolution Letters, учёные факультета зоологии Оксфордского университета и Университета Бат проверяли, может ли эта защитная «взаимовыгодность» микроорганизма и его носителя развиться изначально, как средство против атак инфекционных паразитов.
Учёные проследили эволюцию носителя червей нематод и кишечных бактерий Enterococcus faecalis относительно развития его способности защититься от более патогенных бактериальных инфекций. Всего через несколько недель эволюции изменения червей и бактерий привели к созданию ими взаимовыгодного союза, защищая обоих от атак паразитов. Эффект возникал только если носитель и бактерия развивались в присутствии паразита.
Доктор Шарлотта Рафалук-Мор, автор публикации и исследователь на факультете зоологии, объясняет: «Наше исследование показывает, что защита со стороны кишечных микробов — это выгода, которая взаимно усиливается, когда микроорганизм и его носитель развиваются совместно. Бактерия становится более защитной, и в свою очередь носители становятся способны вместить больше бактерий. Развитие способности организма вмещать защитные бактерии может быть обычным средством защиты против инфекционных заболеваний.
Об отличии этой работы от других исследований в области бактериального симбиоза доктор Рафалук-Мор сказал: «Концепция формирования бактериями и их носителями взаимозависимых отношений не является новостью. Однако наше исследование первое, которое отслеживает это отношение с самого начала. Некоторые «взаимовыгодности» требуют годы эволюционного развития для выработки защитных преимуществ, но в нашем случае это развилось и сформировалось в лаборатории в течение недель — до этого носитель и бактерия были совершенно не знакомы.
Чтобы понять, когда в природе могут развиваться «взаимовыгодности», исследователи привлекли доктора Бена Эшби из Университета Бата для изучения математических моделей совместного развития бактерий и их носителей. Модели предсказывают, что если защита слишком слаба, то для носителя бактерий выгода невелика, но если защита слишком сильна — это может уничтожить другие микроорганизмы, тем самым устраняя нужду в защите. Таким образом, «взаимовыгодность» развивается тогда, когда микробы предоставляют средний уровень защиты.
Понимание происхождения и поддержки защитных взаимоотношений между носителями и их «хорошими бактериями» является весьма актуальным вопросом для биологов-эволюционистов. Обнаружено, что скорость эволюции взаимоотношений может играть значительную роль в успешности этого симбиоза, как и в возможной его пользе для здоровья людей. Как объясняет доктор Рафалук-Мор: «Растёт проблема с тем, что антибиотики отказываются лечить, и наше исследование показывает, что создание и использование «взаимовыгодностей» способно дать людям возможность предотвратить заражение болезнетворными паразитами». Также исследование показывает, что взаимодействие генетики носителя и микроорганизма может играть свою роль в установлении этих защитных отношений между носителем и бактериями.
Доктор Кайла Кинг, автор исследования и профессор паразитарной биологии в Оксфорде, добавляет: «Тела людей животных полностью покрыты микробами, изнутри и снаружи. Многие из этих микроорганизмов способны защищать нас от атак паразитов. Мы намереваемся изучить то, как носители дают возможность защитным бактериям населять себя изнутри, и что они делают для поддержки взаимодействия. Может быть, иммунная система носителя игнорирует «хорошие» бактерии?».