Антибіотичні “коктейлі” захищають бджолиних вовків вже 68 мільйонів років

Група дослідників із Майнца, Германія, встановила, що бактерії-симбіонти бджолиних вовків виділяють “коктейль” з антибіотиків, який захищає цих комах від патогенів вже понад 68 мільйонів років.

Джерело антибіотиків у стрептоміцетах

Починаючи з 40-х років минулого століття людство веде боротьбу з хворобами за допомогою антибіотиків. Одним із найбільших союзників людства у цій боротьбі є бактерії з роду стрептоміцетів. З них у 1943 році був виділений другий, після пеніциліну, відомий людству антибіотик – стрептоміцин.

Стрептоміцин виявився ефективним проти туберкульозних бактерій та купи інших неприємних мікроорганізмів, тож у 1952 році за це відкриття була присуджена Нобелівська премія.

Стрептоміцети. Джерело: CDC/Dr. David Berd

З того часу стрептоміцети регулярно поставляють людям усе нові й нові антибіотики, ефективні не лише проти бактерій, але й проти мікроскопічних грибів та пухлин. Такі речовини як еритроміцин та тетрациклін також постачають нам представники саме цього робу бактерій. Однак мікроорганізми дуже швидко адаптуються, і з часом окремі види антибіотиків стають малоефективними.

Хімічна структура стрептоміцину

Виникає питання, як довго може протриматися оборона, яку людство тримає за допомогою стрептоміцетів?

Бактерії-симбіонти на захисті бджолиних вовків

Можливо, відповідь на це питання вже отримали дослідники з Університету Майнца та інституту Макса Планка, що у Єні. Вони досліджували одразу 25 видів європейських бджолиних вовків.

Бджолині вовки або філанти – представники земляних ос, які ведуть досить цікавий спосіб життя. Самці бджолиних вовків є мирними істотами, що живляться соком рослин. А ось самиці – жорстокі хижаки, що харчуються переважно медоносними бджолами. Бджолу самиця бджолиного вовка може не тільки з’їсти, а й затягти у вириту нору та перетворити на інкубатор для своїх нащадків. Оскільки розмножуються бджолині вовки дуже швидко, вони є останніми істотами, яких хочуть бачити біля своїх вуликів бджоли пасічники.

Бджолиний вовк зі здобиччю. Джерело: distinctlyaverage.co.uk

Але дослідників цікавило те, що відбувається у норі, де з яєць вилуплюються личинки. В умовах вологості та під землею їх мали б активно атакувати гриби та інші мікроорганізми. Однак, як виявилось, на вусиках бджолиних вовків живуть стрептоміцети, і самиця, готуючи кладку, розміщує їх на стінках камери, де вони ефективно захищають личинку від небажаних грибів та мікроорганізмів. При цьому вони виробляють не один вид антибіотиків, а цілий “коктейль”, що складається з 45 різних речовин.

Зображення стрептоміцетів з вусиків бджолиних вовків. Фото Credit: Martin Kaltenpoth, Johannes Gutenberg University (JGU), Mainz

Раніше було встановлено, що симбіоз бджолиних вовків та інших 170 видів земляних ос зі стрептоміцетами існує вже від 68 до 110 мільйонів років, тобто налагодження надійного захисту личинок від грибів було одним із ключових факторів еволюції цієї групи істот. Схоже, питання, як зробити так, щоб діти ніколи не хворіли, ними було вирішено раз і назавжди.

Тепер дослідники з’ясували, що склад вищезазначеної суміші антибіотиків усі ці мільйони років залишався практично незмінним. Набір антибіотиків у представників кількох різних видів бджолиних вовків виявився майже ідентичним. Протягом усього цього часу зміни торкнулися переважно тільки двох речовин із сорока. Це говорить про те, що протягом багатьох мільйонів років гриби та бактерії так і не змогли виробити імунітет до “коктейлю” стрептоміцетів, що живуть на вусиках страшних мисливців за бджолами.

Візуалізація концентрації антибіотиків на поверхні кокону личинки земляного вовка:. Джерело: Johannes Kroiß und Martin Kaltenpoth, MPI für chemische Ökologie

Цікавим є те, що бактерії-симбіонти продукують цю складну суміш антибіотиків завдяки лише одному комплексу генів, який дуже подібний до того, що є і в інших стрептоміцетів, які живуть не на бджолиних вовках. Різниця у тому, що стрептоміцети бджолиних вовків виробляють ферменти, які дозволяють синтезувати антибіотики менш точно, ніж в інших представників цього роду. В результаті одного акту синтезу утворюється молекула одного виду, в результаті іншого – щось інше. Так і утворюється ця суміш із 45 різних антибіотиків.

Чи спрацює “коктейль” з людьми?

Личинка бджолиного вовка замотується у кокон. Джерело: uni-regensburg.de

На перший погляд може видатися, що ми маємо готове рішення наших проблем із бактеріями, що постійно проходять через мутації. Треба лише навчитися використовувати стрептоміцетів так само ефективно, як і бджолині вовки, і хвороби відступлять на мільйони років. На превеликий жаль, це не так. Умови еволюції патогенів у бджолиних вовків і у людей геть різні. Комахи живуть невеличкими осілими популяціями, які майже не контактують між собою. І тому одні й ті самі патогени увесь час зустрічаються з одними й тими ж типами імунних систем. Тому не дивно, що мільйонів років не вистачило на те, щоб  гриби виробили імунітет до антибіотиків, які виробляють симбіонти бджолиних вовків.

Люди ж завдяки своїй чисельності мають купу варіантів генів, що відповідають за імунний захист. А ще ми часто подорожуємо світом, передаючи один одному незнайомі раніше патогени. Це забезпечує наше виживання як виду, оскільки важко уявити собі ситуацію, коли з’явиться захворювання, проти якого виявляться безсилими одразу усі варіанти імунної системи людей з усіх куточків земної кулі.

Однак ця ж обставина примушує бактерії та грибки, що взаємодіють з людиною, швидше еволюціонувати. І тому скоріш за все рецепт бджолиних вовків, перенесений напряму, не позбавить людство від хвороб на мільйони років.

Людське різноманіття

Хоча, на механізм синтезу “коктейлю” все ж варто звернути увагу. Те, що протягом 68 мільйонів років змін зазнали лише 2 сполуки з 45, не означає, що цей комплекс взагалі не здатний до еволюції. Просто умови життя земляних ос не давали цій системі використати весь потенціал. Можливо, людям вдасться змусити працювати систему синтезу антибіотичних коктейлів ще ефективніше. Принаймні, бджолині вовки та їхні симбіонти заслуговують на те, аби їх продовжували досліджувати.

PNAS (2018), doi: 10.1073/pnas.1719797115; Nature Chem. Biol. (2010), doi: 10.1038/nchembio.331PNAS (2014), doi: 10.1073/pnas.1400457111.

The post Антибіотичні “коктейлі” захищають бджолиних вовків вже 68 мільйонів років appeared first on Science Ukraine.

Джерело та деталі: Антибіотичні “коктейлі” захищають бджолиних вовків вже 68 мільйонів років

Місія онлайн-видання Science Ukraine є амбітною та, водночас, важливою для всього суспільства – змінити уявлення про науково-популярну журналістику в Україні; ми створюємо сучасне українське науково-популярне медіа. Ми не абстрагуємось на поверхневій інформації зі ЗМІ, а формуємо та об’єднуємо джерела. Ми навчаємось та навчаємо.

Updated: 19.02.2018 — 08:38
2012 - 2018 © Іменка - RSS новини з сайтів України | Підтримка: Діал інформаційна система | Двигунець: Wordpress | Тема: Frontier