Съперничещи си племена от бактерии, въоръжени с отровни стрелички, се борят в червата ни, а армиите от предатели често печелят

Чревният микробиом е изключително разнообразен - и микроорганизмите там не живеят в мир и хармония.

Червата ни са бойно поле, на което съперничещи си племена бактерии, въоръжени с отровни стрелички, се борят за територия - и тези битки често се печелят от армии предатели, които са принудени да сменят воюващата страна заради егоистичната ДНК, инжектирана им от техните врагове.

„Човешкото дебело черво е една от най-гъстите микробни екосистеми на Земята“, обяснява Лори Комсток (Laurie Comstock) от Чикагския университет в Илинойс.

Има много различни видове бактерии и различни щамове в рамките на видовете, които се борят за едни и същи ресурси.

За да вземат надмощие, много от тях отделят токсини, за да отровят съперниците си. Някои от тях са въоръжени с още по-необикновено оръжие - пистолети със стрелички, които изстрелват високоскоростни спринцовки за инжектиране на отрови директно в други бактерии или по-големи клетки наблизо.

„Това е пружинно оръжие, което изисква организмите да са много близо“, разказва Комсток.

Всъщност безобидно звучащото име на този вид стрелички е „секреторна система тип 6 или T6SS“. С тях са въоръжени широк спектър от видове, а начинът им на действие е много разнообразен - стрелите могат да съдържат много различни токсини например.

T6SS е 1 от 9 известни системи за бактериална секреция, които транспортират протеини от вътрешността на бактериална клетка към външната среда или в друга клетка. Всяка секреторна система варира леко по своята структура, активност и цел - основната функция на T6SS е да унищожава други бактерии, но също така напада и еукариотни клетки.

T6SS е съставен от минимум 14 протеина: 13 протеина от TssA до TssM и върха на стрелата PAAR. Някои от тях са постоянните елементи в мембраната (т.е. монтираното оръдие или пистолет), докато някои съставляват боеприпасите — стрела (игла) с остър връх, обвита в свиваща се обвивка. Съкращения: OM, външна мембрана; IM, вътрешна мембрана. Кредит: Cherrak, et al. Microbiology Spectrum 7.4 (2019): 7–4.

Последователност от събития от натоварване на шипа и клина (1–2), удължаване на иглата и контрактилната обвивка (3–5), до изстрелване на иглата и последиците от това (6–7). Съкращения: OM, външна мембрана; IM, вътрешна мембрана. Кредит: Cherrak, et al. Microbiology Spectrum 7.4 (2019): 7–4.

Но как слепите бактерии успяват да избегнат стрелбата по приятели, докато стрелят по враговете? Просто не го правят.

Някои видове изстрелват отровни стрелички толкова бързо, колкото могат да го направят, поразявайки както приятели, така и врагове.

Важното обаче е, че генетичните инструкции за създаване на определен вид стрелички винаги са придружени от инструкции за създаване на антидот срещу отровата в стреличките. Когато една бактерия е улучена от стрелички на член на собственото ѝ племе, тя остава невредима.

Казано по друг начин, в този свят на отровни стрелички и антидоти, на чия страна е една бактерия, се определя от това какви стрелички и антидот произвежда.

В тази война на стрелящи бацили един от най-жестоките е видът Bacteroides fragilis, който отделя множество отрови, както и непрекъснато изстрелва стреличките си. B. fragilis се храни със сложни захари, които се намират в лигавицата на червата, така че Комсток смята, че причината за агресията ѝ е, че се опитва да превземе лигавицата и да се защити от други сродни видове.

Но някои от тези други видове крият необикновени оръжия под формата на парчета егоистична ДНК, които действат почти като независими организми. Едно от тези парчета ДНК, наречено GA1, кодира гени за механизъм, който позволява на GA1 да прехвърля копия от себе си на други бактерии.

Тя съдържа и гени за стрелички и антидот на отровата на стреличките. Екипът на Комсток показва, че след като GA1 попадне в B. fragilis, той по някакъв начин блокира производството на пистолета на B. fragilis и ги кара да започнат да произвеждат пистолета на GA1 - по същество ги превръща в изменници.

Когато тези бактерии се размножават, те образуват армии от предатели, които могат да убиват B. fragilis, които нямат GA1. Армиите от предатели обикновено печелят тези битки, установява екипът на Комсток в редица тестове.

Но в нашите черва, където има много други видове и токсини, резултатите може да са различни, уточнява изследователката.

„Има толкова много различни неща, които трябва да се вземат предвид в тези битки“, отбелязва Комсток. „Не винаги има очевиден победител."

Екипът ѝ е открил и друга част от егоистичната ДНК, наречена GA2, която изглежда се държи по подобен начин на GA1, но с различен пистолет за стрелички и антидот.

„Превключването между двете страни може да е по-често срещано, отколкото сме предполагали“, коментира Брайън Хамър (Brian Hammer) от Технологичния институт на Джорджия в Атланта.

Бактерията, която причинява холера, също постоянно произвежда и изстрелва стрелички. Макар да се предполагаше, че това поведение е скъпо, миналата година екипът на Хамър показа, че щамовете на Vibrio cholerae, които не произвеждат T6SS, се развиват не много по-бързо от тези, които произвеждат, което предполага, че цената на използването на стрелички е изненадващо малка.

Справка: Madeline L. Sheahan et al. ,A ubiquitous mobile genetic element changes the antagonistic weaponry of a human gut symbiont. Science 386, 414-420(2024). DOI: 10.1126/science.adj9504

Източник: Your gut bacteria are at war - and force their enemies to switch sides, New Scientist