Бактерії “чатятся” одна з одною

Американські вчені нещодавно виявили, що у бактерій існує своя “глобальна інформаційна мережа”. Саме вона допомагає носіям інфекцій успішно протистояти новим лікам, в тому числі і антибіотиків. Причому в обміні інформацією беруть участь не тільки особини одного виду. “Чатитись” один з одним можуть і представники не споріднених груп.

Ні, ніякого інтернету у мікроорганізмів, звичайно ж, немає, однак інформацією вони обмінюватися один з одним вміють. Правда, не цифровою, а спадковою. Подібне явище отримало назву “горизонтальним переносом генів” (горизонтальним – тому, що гени передаються не від предків до нащадків, а між особинами одного покоління). І робити це бактеріям досить легко, оскільки в їх клітинах є аналоги “флешок”, так звані плазміди.

Нагадаю, що плазміда являє собою мембранний пухирець, в якому зберігаються короткі молекули ДНК. Як правило, вони є “запасними копіями” одного або кількох життєво необхідних генів, “оригінали” яких знаходяться в основний кільцевої молекули ДНК.

Взагалі-то, вони потрібні для того, що б швидко відремонтувати основну молекулу, якщо вона раптом пошкодиться (тому так само доречно порівнювати плазміди зі складом “запчастин”). Однак, як свідчать останні дослідження, ці органели так само використовуються для горизонтального переносу генів, і причому цілком успішно.

Відбувається це так – дві бактерії підходять один до одного, встановлюють цитоплазматичний “місток” між клітинами і, за допомогою нього обмінюються плазмідами. Оскільки оболонка останніх нічим не відрізняється від стандартної клітинної мембрани, то внутрішні системи клітинної захисту спокійно пропускають “прибульця”, приймаючи його за власну органелу. Опинившись в іншій клітці, плазмідна ДНК може відразу ж вбудуватися в основну молекулу, а може деякий час знаходитися в цитоплазмі, не подаючи жодних ознак активності.

Вже давно мікробіологи помітили, що мікроорганізми з однієї колонії постійно обмінюються пластидами. Особливо інтенсивно цей процес йде при впливі на співтовариство бактерій якогось несприятливого фактора, наприклад, антибіотика. Оскільки серед мікробів завжди є ті, хто володіє природженою стійкістю до антибактеріальних речовин, то вони не тільки не гинуть відразу самі, але і сприяють виживанню інших, менш стійких членів колонії, передаючи їм відповідні гени.

Саме тому-то при бактеріальних інфекціях рекомендують лікування з чергуванням різних антибіотиків – до впливу одного мікроби досить швидко стають стійкими.

Але переносити різні гени від однієї бактерії до іншої можуть і паразитуючі в них віруси (яких називають бактеріофагами). Справа в тому, що далеко не всі з них вбивають бактерій після завершення свого циклу розмноження (докладніше про нього читайте в статті ” Бермудський трикутник: нова аномалія “), деякі, залишаючи клітку господаря, не ушкоджують її.

А оскільки будь-які віруси можуть вставляти в свій геном шматочки ДНК колишнього господаря, то, потрапивши в таку клітину, вони так само легко можуть залишити її в спадкової молекулі нового. Звичайно, такий спосіб менш надійний, оскільки бактерія в даному випадку не може контролювати передачу конкретних генів, проте він теж вельми поширений серед мікроорганізмів.

До недавнього часу вважалося, що горизонтальний перенос генів поширений в основному серед близьких родичів, членів однієї колонії або особин одного виду. Однак недавно з’ясувалося, що це не так. Згідно з дослідженнями біологів з Массачусетського технологічного університету, бактерії різних видів також легко обмінюються спадковою інформацією.

У статті, опублікованій в журналі Nature вчені повідомляють, що їм вдалося ідентифікувати 10 тисяч генів, блукаючих між 2 235 бактеріальними геномами. За словами авторів роботи, обмін інформацією подібних масштабів можна порівняти з всесвітньою мережею, тобто інтернетом. Причому, на відміну від електронної “Глобальної павутини”, всередині “бактеріального інтернету” циркулює лише найважливіша генетична інформація, ніяких тобі банерів, спаму і онлайн-іграшок.

Дослідників дуже здивував той факт, що генами обмінювалися абсолютно далекі одна від одної групи бактерій – деякі з них відрізняються один від одного морфологічно і фізіологічно приблизно так само, як дріжджовий грибок від людини. На думку авторів дослідження, це є доказом того, що горизонтальний перенос генів набув такого розмаху порівняно недавно – у ланцюжків ДНК, що потрапили в різні групи бактерій, не було часу, щоб кардинально мутувати, тобто придбати відмінності.

Правда, слід зауважити, що під словом “недавно” тут слід розуміти часовий проміжок в кілька десятків тисяч років – для бактерій, що існують уже мільярди років на нашій планеті, це дійсно дуже короткий термін.

На думку мікробіологів, така “всесвітня генетична мережу” вельми вигідна в еволюційному плані – адже саме завдяки їй бактерії і отримали дивовижну здатність надзвичайно швидко знаходити стійкість до антибіотиків та інших ліків. І цьому є підтвердження – дослідники встановили, що у бактерій, так чи інакше мають відношення до людини, 60 відсотків обмінюваної інформації доводиться на гени, що визначають стійкість до тих чи інших лікарських препаратів.

Цікаво також, що бактерії, що мешкають в людині і в домашніх тварин, теж постійно обмінюються ДНК – було зареєстровано 42 випадки перенесення генів між людськими і коров’ячими бактеріями. Але ось що найдивніше, так це те, що майже мільйон років еволюції, який який зробив ці групи мікроорганізмів абсолютно різними, не став перешкодою для такого обміну інформацією (вважається, що багато бактерій, як симбіотичних, так і паразитичних, люди отримали від парнокопитних близько мільйона років тому).

Отже, як бачимо, на успішність обміну зовсім не впливає той факт, чи є мікроорганізми родичами чи ні. Автори дослідження вважають, що, швидше за все, дана успішність залежить від схожості або відмінності їх екологічних ніш, тобто середовищ існування. Так, наприклад, якщо дві різні бактерії живуть в товстому кишечнику, то вони з радістю обміняються один з одним генами (навіть якщо один контактер “прописаний” в людській товстій кишці, а інший – в коров’ячої).

Крім того, було також відмічено, що обмін генами легко відбувається між видами, що володіють приблизно однаковими потребами в кисні, що живуть при близьких температурах тощо. Тобто ті, у кого схожі проблеми і потреби, охочіше йдуть на контакт один з одним, ніж мешканці різних екологічних ніш. І тут стає зрозуміло, чому горизонтальний перенос генів йде більш успішно у далеких родичів – адже близькоспоріднені види для того, що б уникнути конкуренції, вважають за краще “розходитися” по різних екологічних нішах.

Користь від такого обміну, вважають дослідники, досить велика – адже якщо чужий ген виявився корисним у “господарстві”, то він закріплюється у цього виду бактерій і починає передаватися вже з покоління в покоління. Таким чином завдяки своєрідному “ДНК-інтернету” бактерії можуть діяти проти людей спільно. Так, якщо де-небудь в Америці тих, що живуть в людині патогенних бактерій з’явиться ген, що дає їм стійкість до антибіотиків останнього покоління, то вони легко поділяться їм з бактеріями, що мешкають в домашніх і диких тварин, а також (при контакті господарів, зрозуміло), зі своїми “колегами”, які докучають жителям Європи, Африки, або Австралії.

 

Загалом, судячи з усього, людям слід визнати один сумний для них факт – завдяки “глобальним генетичним мереж” хвороботворним організмам вдається набагато успішніше протистояти новим лікам, ніж вченим винаходити такі. Тому, мабуть, прийшов час змінити методику боротьби з епідеміями: мало просто локалізувати джерело інфекції і вилікувати всіх хворих, потрібно також ще стежити за тим, щоб лікарі та видужали хворі не рознесли пережили лікарські атаки мікроорганізми по всьому світу. Інакше за допомогою “генетичного інтернету” вони швидко “розкажуть” іншим бактеріям, як потрібно боротися з новими ліками .