«Афродизиаки» бактерий стимулировали половой процесс простейших

Американские ученые выяснили, что бактерии способны выделять в окружающую среду «афродизиаки», стимулирующие половой процесс у жгутиконосцев. Без этих ферментов, воздействующих на хондроитинсульфаты, жгутиконосцы практически никогда в половой процесс не вступают. Коротко мы об этом уже писали — ученые рассказывали о предварительных результатах своей работы на конференции в Сан-Франциско. Соответствующую публикацию с подробностями их исследования теперь можно на увидеть на BioRxiv.

Многие одноклеточные, хотя теоретически и способны к половому процессу, не проявляют подобной активности, особенно в пробирке. Salpingoeca rosetta — пример такого одноклеточного. Это воротничковый жгутиконосец, активно двигающийся хищник, который всегда проявлял крайне мало интереса к половому размножению в лабораторных условиях. Долгое время было непонятно, есть ли, вообще, половой процесс у воротничковых жгутиконосцев, однако наличие у них генов, связанных с мейотической стадией клетки, и ретротранспозонов указывало на то, что соответствующий механизм у них, скорее всего, имеется.

Некоторое время назад Николь Кинг выяснила, что при голодании некоторые жгутиконосцы, удвоив набор хромосом, все же находят себе партнера, с тем, чтобы слиться с ним оболочками и ядрами, а потом разойтись, обменявшись генетической информацией за счет процесса рекомбинации. Именно таким образом половой процесс обычно и происходит у одноклеточных. Однако количество таких жгутиконосцев было очень мало (менее двух процентов колонии), и каким образом они осуществляют половое размножение в природе, оставалось непонятным.

Студентка по имени Ариэль Возница попробовала добавить в среду, где обитали жгутиконосцы, культуру Vibrio fischeri. Эта биолюминисцентная бактерия является известным симбионтом многих видов и весьма распространена. Наличие Vibrio fischeri, в частности, необходимо для развития биолюминисцентных органов у осьминогов Euprymna scolopes. Добавление ее в культуру жгутиконосцев оказало неожиданный эффект — жгутиконосцы разбились на «стаи» и принялись активно двигаться внутри стай и вступать в половой процесс. Прохождение полового процесса было подтверждено как визуально (жгутиконосцы сливались оболочками клеток и ядрами), так и с помощью генетического анализа, показавшего, что рекомбинация у них тоже, действительно, происходила.

Выяснилось, что бактерии выделяют в окружающую среду специальный «афродизиак», который ученые назвали EroS. Этот фермент — лиаза, которая воздействует на мембраны жгутиконосцев, «отъедая» от их наружных компонентов (хондроитинсульфатов) их сахарные части. По-видимому, они служат бактериям источником питания, а для жгутиконосцев это сигнал, что пора обмениваться генетической информацией. Почему — пока остается неясным. Более того, само наличие хондроитинсульфатов у жгутиконосцев стало открытием, потому что раньше считалось, что такие  гликозаминогликаны есть только у многоклеточных, а у жгутиконосцев существует лишь их аналог. Ферменты, похожие на EroS, служат сперматозоидам для того, чтобы правильно идентифицировать яйцеклетку и проникать внутрь ее.

Очищенный EroS и другие ферменты с подобной активностью (хондроитинсульфатлиазы) оказывали на жгутиконосцев такой же эффект, как и добавление культуры бактерий. По-видимому, бактерии действительно способны регулировать половой процесс у одноклеточных с помощью подобных ферментов. Это первый подобный описанный случай, сообщают ученые.

Отдельно стоит отметить, что взаимодействие жгутиконосцев и бактерий — по-видимому, вообще очень сложная система. Во-первых, жгутиконосцы питаются бактериями. Во-вторых, специальные липиды, которые продуцируют бактерии Algoriphagus machipongonensis, как показали в этой же самой лаборатории, инициируют переход Salpingoeca rosetta от одиночного существования к формированию «розеток» — плотных колоний с распределением ролей (считается, что подобные колонии воротничковых жгутиконосцев — предок современных многоклеточных животных). Новые данные говорят о том, что и половые процессы у них зависят от наличия определенных бактерий в окружающей среде. Это лишний раз подчеркивает тесную взаимосвязь прокариот и эукариот и невозможность существования вторых без первых.

А о феромонах, которые выделяют бактерии кишечника тараканов, можно прочитать здесь.

Анна Казнадзей