Группа исследователей из Мюнстерского университета впервые изучила, как взаимодействие бактерий с хозяевами, имеющими активированную врождённую иммунную систему, влияет на эволюцию вирулентности бактерий.
У людей, как и у всех позвоночных, есть два типа иммунной памяти: память приобретённой (адаптивной) иммунной системы, которая высокоспецифична к определённым патогенам и долговременна, что делает возможными прививки, и память врождённой иммунной системы — тренированный иммунитет, который реагирует быстро, но менее специфично.
У беспозвоночных, таких как насекомые, есть только врождённая иммунная система, но у них также есть форма иммунизации через контакт с патогенами (иммунная тренировка). До сих пор не проводилось исследований о том, как взаимодействие патогенов с хозяевами, имеющими активированную врождённую иммунную систему, влияет на эволюцию патогенов и, в частности, на их вирулентность.
Группа исследователей из Мюнстерского университета под руководством эволюционного биолога профессора Йоахима Курца вместе с командой под руководством профессора Александра Меллманна из Института гигиены медицинского факультета впервые изучили это на примере экспериментальной эволюции насекомого-возбудителя (Bacillus thuringiensis tenebrionis) у красных мучных жуков.
Один из результатов: после некоторого времени эволюции вирулентность патогена значительно различалась между разными линиями бактерий. Это большее разнообразие могло ускорить адаптацию патогенов к их хозяевам.
В своём исследовании, опубликованном в PLOS Pathogens, вирулентность измерялась по количеству жуков, убитых бактериальной инфекцией. В среднем она не изменилась. Тот факт, что вариативность бактерий значительно увеличилась в поколениях, когда жуки ранее контактировали с бактериальными веществами, мог быть связан с повышенной активностью определённых компонентов эволюционировавшего бактериального генома (профагов и плазмид).
Ведущий автор доктор Ана Корша говорит: «Важно не только фундаментально понимать, при каких условиях вирулентность бактерий меняется в процессе эволюции. Наши результаты интересны с медицинской точки зрения, например, если мы хотим предотвратить повышение опасности патогенов в результате эволюционных процессов».
Иммунная тренировка также играет практическую роль у беспозвоночных, например, в аквакультуре, где беспозвоночных, таких как креветки, разводят в больших количествах и они восприимчивы к болезням. «Кроме того, бактерия, которую мы изучали, и токсины, которые она производит, уже давно используются для борьбы с вредителями. Было бы важно знать, может ли иммунная память этих хозяев эволюционно изменять вирулентность бактерии», — говорит Корша.
Для экспериментальной эволюции бактерий некоторых красных мучных жуков подвергали воздействию бактериальных веществ (иммунная тренировка), а других — нет (контрольная группа). Затем их инфицировали бактериями. Чтобы дать бактериям возможность эволюционировать, их выделяли из мёртвых жуков и использовали снова для заражения. Цикл повторяли несколько раз. Затем учёные измеряли вирулентность и другие характеристики эволюционировавших бактерий и исследовали их генетически.
Предоставлено Мюнстерским университетом.