"Глобальная информационная сеть" помогает носителям инфекций противостоять новым лекарствам

Бактерии "чатятся" друг с другом

Американские ученые недавно обнаружили, что у бактерий существует своя "глобальная информационная сеть". Именно она помогает носителям инфекций успешно противостоять новым лекарствам, в том числе и антибиотикам. Причем в обмене информацией участвуют не только особи одного вида — "чатиться" друг с другом могут и представители не родственных групп.

Нет, никакого интернета у микроорганизмов, конечно же, не имеется, однако информацией они обмениваться друг с другом умеют. Правда, не цифровой, а наследственной. Подобное явление получило название "горизонтальным переносом генов" (горизонтальным — потому, что гены передаются не от предков к потомкам, а между особями одного поколения). И делать это бактериям достаточно легко, поскольку в их клетках имеются аналоги "флешек", называемые плазмидами.

Напомню, что плазмида представляет собой мембранный пузырек, в котором хранятся короткие молекулы ДНК. Как правило, они являются "запасными копиями" одного или нескольких жизненно необходимых генов, "оригиналы" которых находятся в основной кольцевой молекулы ДНК.

Вообще-то, они нужны для того, что бы быстро отремонтировать основную молекулу, если она вдруг повредится (поэтому так же уместно сравнивать плазмиды со складом "запчастей"). Однако, как свидетельствуют последние исследования, эти органеллы так же используются для горизонтального переноса генов, и причем вполне успешно.

Происходит это так — две бактерии подходят друг к другу, устанавливают цитоплазматический "мостик" между клетками и, с помощью него обмениваются плазмидами. Поскольку оболочка последних ничем не отличается от стандартной клеточной мембраны, то внутренние системы клеточной защиты спокойно пропускают "пришельца", принимая его за собственную органеллу. Оказавшись в другой клетке, плазмидная ДНК может сразу же встроиться в основную молекулу, а может некоторое время находиться в цитоплазме, не подавая никаких признаков активности.

Читайте также: Все лгут! Даже животные…

Уже давно микробиологи заметили, что микроорганизмы из одной колонии постоянно обмениваются пластидами. Особенно интенсивно этот процесс идет при воздействии на сообщество бактерий какого-нибудь неблагоприятного фактора, например, антибиотика. Поскольку среди микробов всегда есть те, кто обладает врожденной устойчивостью к антибактериальным веществам, то они не только не погибают сразу сами, но и способствуют выживанию других, менее устойчивых членов колонии, передавая им соответствующие гены.

Именно поэтому-то при бактериальных инфекциях рекомендуют лечение с чередованием различных антибиотиков — к воздействию одного микробы достаточно быстро становятся устойчивыми.

Но переносить разные гены от одной бактерии к другой могут и паразитирующие в них вирусы (которых называют бактериофагами). Дело в том, что далеко не все из них убивают бактерий после завершения своего цикла размножения (подробнее о нем читайте в статье "Бермудский треугольник: новая аномалия"), некоторые, покидая клетку хозяина, не повреждают ее.

А поскольку любые вирусы могут вставлять в свой геном кусочки ДНК прежнего хозяина, то, попав в следующую клетку, они так же легко могут оставить ее в наследственной молекуле нового. Конечно, такой способ менее надежен, поскольку бактерия в данном случае не может контролировать передачу конкретных генов, однако он тоже весьма распространен среди микроорганизмов.

До недавнего времени считалось, что горизонтальный перенос генов распространен в основном среди близких родственников, членов одной колонии или особей одного вида. Однако недавно выяснилось, что это не так. Согласно исследованиям биологов из Массачусетского технологического университета, бактерии разных видов также легко обмениваются наследственной информацией.

В статье, опубликованной в журнале Nature ученые сообщают, что им удалось идентифицировать 10 тысяч генов, блуждающих между 2 235 бактериальными геномами. По словам авторов работы, обмен информацией подобных масштабов можно сравнить со всемирной сетью, то есть интернетом. Причем, в отличие от электронной "Глобальной паутины", внутри "бактериального интернета" циркулирует лишь самая важная генетическая информация, никаких тебе баннеров, спама и онлайн-игрушек.

Исследователей весьма удивил тот факт, что генами обменивались совершенно далекие друг от друга группы бактерий — некоторые из них отличаются друг от друга морфологически и физиологически примерно так же, как дрожжевой грибок от человека. По мнению авторов исследования, это является доказательством того, что горизонтальный перенос генов приобрел такой размах сравнительно недавно — у цепочек ДНК, попавших в разные группы бактерий, не было времени, чтобы кардинально мутировать, то есть приобрести отличия.

Правда, следует заметить, что под словом "недавно" здесь следует понимать временной промежуток в несколько десятков тысяч лет — для бактерий, существующих уже миллиарды лет на нашей планете, это действительно весьма короткий срок.

По мнению микробиологов, такая "всемирная генетическая сеть" весьма выгодна в эволюционном плане — ведь именно благодаря ей бактерии и получили удивительную способность чрезвычайно быстро обретать устойчивость к антибиотикам и другим лекарствам. И этому есть подтверждение — исследователи установили, что у бактерий, так или иначе имеющих отношение к человеку, 60 процентов обмениваемой информации приходится на гены, определяющие устойчивость к тем или иным лекарственным препаратам.

Интересно также, что бактерии, обитающие в человеке и в домашних животных, тоже постоянно обмениваются ДНК — было зарегистрировано 42 случая переноса генов между человеческими и коровьими бактериями. Но вот что самое удивительное, так это то, что почти миллион лет эволюции, который который сделал эти группы микроорганизмов абсолютно разными, не стал препятствием для такого обмена информацией (считается, что многие бактерий, как симбиотических, так и паразитических, люди получили от парнокопытных около миллиона лет тому назад).

Итак, как видим, на успешность обмена вовсе не влияет тот факт, являются ли микроорганизмы родственниками или нет. Авторы исследования считают, что, скорее всего, данная успешность зависит от сходства или различия их экологических ниш, то есть сред обитания. Так, например, если две разные бактерии живут в толстом кишечнике, то они с радостью обменяются друг с другом генами (даже если один контактер "прописан" в человеческой толстой кишке, а другой — в коровьей).

Кроме того, было также замечено, что обмен генами легко происходит между видами, обладающими примерно одинаковыми потребностями в кислороде, живущих при близких температурах и тому подобное. То есть те, у кого похожие проблемы и потребности, охотнее идут на контакт друг с другом, чем обитатели разных экологических ниш. И тут становится понятно, почему горизонтальный перенос генов идет более успешно у дальних родственников — ведь близкородственные виды для того, что бы избежать конкуренции, предпочитают "расходиться" по разным экологическим нишам.

Польза от такого обмена, считают исследователи, весьма велика — ведь если чужой ген оказался полезен в "хозяйстве", то он закрепляется у этого вида бактерий и начинает передаваться уже из поколения в поколение. Таким образом благодаря своеобразному "ДНК-интернету" бактерии могут действовать против людей сообща. Так, если где-нибудь в Америке у живущих в человеке патогенных бактерий появится ген, дающий им устойчивость к антибиотикам последнего поколения, то они легко поделятся им с бактериями, обитающими в домашних и диких животных, а также (при контакте хозяев, разумеется), со своими "коллегами", которые досаждают жителям Европы, Африки, или Австралии.

В общем, судя по всему, людям следует признать один печальный для них факт — благодаря "глобальным генетическим сетям" болезнетворным организмам удается куда успешнее противостоять новым лекарствам, чем ученым изобретать таковые. Поэтому, видимо, пришло время изменить методику борьбы с эпидемиями: мало просто локализовать источник инфекции и вылечить всех заболевших, нужно также еще следить за тем, чтобы врачи и выздоровевшие больные не разнесли переживших лекарственные атаки микроорганизмы по всему свету. Иначе с помощью "генетического интернета" они быстро "расскажут" другим бактериям, как нужно бороться с новыми лекарствами…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"