Животные защищают во время инфекций полезных симбиотических бактерий
В последнем номере журнала Nature опубликована работа, в которой описывается механизм, с помощью которого животные защищают во время инфекций полезных симбиотических бактерий, живущих в желудочно-кишечном тракте. По-видимому, этот механизм еще и вносит дополнительный вклад в борьбу с инфекциями.
Лабораторная мышь
© Wikimedia Commons
У человека заболевшего, скажем, гриппом портится аппетит. Это всем хорошо известно на личном примере.
Эта реакция свойственна не только человеку, но и животным. У нее есть вполне логичное объяснение: когда животное больно, ему выгоднее с точки зрения выживания не тратить энергию на поиск пищи, а расходовать ее на выздоровление.
Кроме того, патогену тоже придется голодать вместе с новым хозяином, а это помогает избавиться от инфекции скорее.
Неприятность заключается в том, что бактериям желудочно-кишечного тракта тоже приходится тяжело, а когда животное выздоравливает, их помощь очень важна, чтобы снова набрать вес. Оказалось, что организм хозяина поддерживает своих симбионтов сахаром фукозой, который в тяжелые моменты оказывается прикреплен снаружи к эпителиальным клеткам тонкого кишечника.
В таком виде бактерии могут им питаться.
У здоровых мышей никакой фукозы не вырабатывалось, но уже через пару часов после индукции у животных системного воспаления и начала добровольного голодания фукоза начинала появляться на поверхности клеток. За продукцию фукозы эпителиальными клетками отвечает белок фукозилтрансфераза 2, который кодируется геном FUT2.
У мышей, лишенных обеих копий этого гена, оказалась интересная особенность. Пока все мыши были здоровы, мыши без гена FUT2 ничем не отличались от обычных мышей. После индукции воспаления все мыши совершенно одинаково не ели и худели.
Зато когда воспаление закончилось, мыши с хотя бы одной функциональной копией гена, равно как и мыши с двумя копиями, набирали вес гораздо быстрее, чем мыши, у которых фермент фукозилтрансфераза 2 полностью отсутствовал. При этом никаких изменений в активности ферментов, вырабатываемых организмом хозяина, не произошло.
Зато если мышам с активной фукозилтрансферазой 2 давали антибиотики, убивающие бактерии-симбионты, наблюдался такой же замедленный набор веса. Вывод однозначен: без фукозилтрансферазы 2 бактерии-симбионты плохо переживали воспаление и не могли после выздоровления выполнять свои функции.
В ходе исследования также выяснилось, что мышам, у которых отсутствовали оба гена FUT2, патогены, дополнительно присутствовавшие в желудочно-кишечном тракте, вредили гораздо сильнее. Во-первых, они активнее синтезировали белки, связанные с патогенностью.
Во-вторых, авторы провели дополнительный эксперимент. Они заразили мышей условно патогенной бактерией Citrobacter rodentium. У здоровых мышей она обычно не вызывает проблем. Она и не вызывала: ни у мышей с фукозилтрансферазой 2, ни у мышей без фермента.
Зато после индукции воспаления через четыре дня оказалось, что мыши, зараженные Citrobacter rodentium и лишенные фукозилтрансферазы 2, теряют вес гораздо быстрее. Вообще говоря, это довольно распространенная история, когда организм, ослабленный основным заболеванием, не выдерживает атаки какого-нибудь дополнительного патогена, который в нормальном состоянии не смог бы причинить вреда и вообще давно тут жил.
У человека часто бывает, что к вирусной инфекции присоединяется бактериальная. Бактерия жила у него в носоглотке давно, но иммунитет сдерживал ее натиск, пока не оказался ослаблен вирусом.
Поэтому назначение антибиотиков при инфекции, которая начиналась как вирусная, часто бывает оправдано.
Таким образом, связанный с фукозой механизм поддержки эндосимбионтов, действует сразу в двух направлениях: первое – он помогает бактериям дожить до того времени как снова можно будет есть и быстрее восстановить организм, и второе – помогает отразить нападение дополнительных инфекций.
Интересно, что примерно у 20% людей отсутствуют функциональные копии генов, ответственных за выработку фукозы. Считается, что это связано с болезнью Крона, представляющей собой хроническое воспаление желудочно-кишечного тракта без особенных причин, и смертностью от сепсиса у маленьких детей.
Из всего этого можно сделать вывод, что описанный механизм связан, в первую очередь, с таким эволюционно важным умением, как способность переносить инфекцию без потерь. С точки зрения приспособленности вида это почти также важно, как уметь с ней бороться.
