Белок-"охранник" дрессирует микрофлору в кишечнике жуков

20 октября 2011 года

Жуки-долгоносики управляют микрофлорой в своем кишечнике при помощи белка-"охранника" ColA, который одновременно не дает бактериям выйти за пределы "гостевых" клеток и проводит "селекцию" среди микробов, разрешая делиться лишь самым крупным бациллам, пишут французские биологи в статье, опубликованной в журнале Science.

Абдельазиз Хедди (Abdelaziz Heddi) из Лионского университета и его коллеги обнаружили вещество, которое помогает клеткам кишечника долгоносиков из рода Sitophilus управлять их "гостями"-микробами. Практически все представители этого рода, и в особенности, амбарный, рисовый и кукурузный долгоносики, являются опасными сельскохозяйственными вредителями, которые уничтожают запасы круп, муки и семян.

Долгоносики переваривают твердые семена растений при помощи бактерий из семейства Gammaproteobacteria, к числу которых принадлежат кишечная, синегнойная и чумная палочки. Бациллы-спутники долгоносиков поселились в их пищеварительной системе относительно недавно - 20 миллионов лет назад, и не потеряли значительную часть своего генома, как бактерии из микрофлоры других насекомых.

Хедди и его коллеги ввели некоторое количество микроорганизмов во внутренние ткани личинок долгоносиков и обнаружили, что они были нейтрализованы частью иммунной системы жука - белком ColA.

Биологи собрали специальную молекулу-антитело, которая прикреплялась к частицам ColA и окрашивала их в хорошо заметный цвет при обработке тканей жука специальными реактивами. Оказалось, что клетки с большим количеством ColA окружают весь кишечник жука, а также находятся внутри яичников самок.

Затем ученые выделили небольшое количество молекул ColA и родственного ему белка ColB и проверили их реакцию при встрече с грам-положительной бактерией (Micrococcus luteus) и грам-отрицательной кишечной палочкой (Escherichia coli), а также при столкновении с обычными пищевыми дрожжами (Saccharomyces cerevisiae). Оба белка одинаково эффективно уничтожали бактерии и не реагировали на клетки дрожжей.

Помимо защитных функций, это вещество используется кишечником долгоносиков для "одомашнивания" микробов - выращивания очень длинных многоядерных бактерий. С точки зрения насекомого, одна большая бацилла работает эффективнее, чем аналогичный набор из отдельных бактерий. Длинный микроб не тратит ресурсы на выращивание второй оболочки при делении клетки и в целом "ест" меньше, чем "обычные" бактерии.

Как объясняют ученые, молекулы ColA "дрессируют" бактерии, присоединяясь к их оболочке и проникая внутрь, где они соединяются с белком GroEL, который управляет процессом деления. Нейтрализация белка GroEL приводит к тому, что при делении бацилла увеличивается в два раза, но не распадается на две части.

Авторы статьи проверили свои выводы, отключив ген ColA при помощи информационной РНК, которую ввели в кровь насекомого. Через несколько дней размеры средней бактерии в колонии уменьшились в два раза. Часть микроорганизмов вышла за пределы кишечника и проникла в другие ткани долгоносиков, хотя и не причинила им вреда.

Таким образом, клетки кишечника, в которых обитают бактерии, используют белок ColA для контроля за размерами колонии и в качестве "колючей проволоки", которая не дает бактериям проникнуть в другие ткани жука.