Клещи живут опасной жизнью, проводя большую часть своего времени в поисках хозяина в самых разных местах обитания и сезонах. Как только они сталкиваются с рептилией, птицей или млекопитающим, подобным нам, они становятся тесно связанными с ним—и со всеми его бактериями и вирусами—в течение нескольких дней подряд. Хотя клещи печально известны тем, что передают патогенные микроорганизмы, такие как бактерия болезни Лайма, как их иммунная система защищает их от заражения самими патогенами?

В исследовании, опубликованном в журнале Cell 10 декабря 2020 года, исследовательская группа во главе с доктором философии Seemay Chou из Калифорнийского университета в Сан-Франциско дает ответ на эту загадку. Эта работа, по словам Чоу, показывает, что клещи-это искусно сконструированные кровососущие машины с иммунной системой, специально приспособленной для этого уникального образа жизни. Их защитные стратегии осуществляются как внутри, так и снаружи их тел, сказала она, убивая даже наших постоянных микробов, когда они питаются нами.

Пять лет назад в работе, опубликованной в журнале Nature, Чоу и его коллеги обнаружили ген в ДНК клещей, который производит белок, убивающий микробов. В новом исследовании старший автор Чжоу использовал это открытие, чтобы показать, что без защиты, обеспечиваемой этим геном, клещи уязвимы для заражения стафилококком, одним из наиболее распространенных типов "комменсальных" бактерий. Эти бактерии покрывают поверхность нашей кожи, но, как правило, не причиняют нам вреда.

"Это первый случай, когда кто-то идентифицировал естественный возбудитель клещей и установил механизм его действия", - сказал Чоу, доцент кафедры биохимии и биофизики UCSF и исследователь Биохуба Чана Цукерберга, чья работа поддержана премией Sanghvi-Agarwal Innovator Award. "Клещи передают больше микробов людям, домашнему скоту и другим животным, чем любые другие известные членистоногие, но теперь их собственные уязвимые места находятся на столе."

Ген клеща, о котором идет речь, известный как dae2, первоначально эволюционировал в бактериях, где кодируемый им белок работал как атакующий агент против других бактерий. Несколько сотен миллионов лет назад, как раз в то время, когда предки некоторых современных клещей начали питаться кровью, эти клещи "украли" ген, сделав его частью своего собственного генома.

Согласно Чжоу, dae2 представляет собой редкий пример так называемого горизонтального переноса гена от бактерии к животному, и тот факт, что этот перенос произошел в процессе эволюции кровопитания, не может быть случайным.

-Я всегда удивлялся, почему кормление кровью - это вообще такая вещь, - сказал Чоу. Мало того, что кровь требует много энергии, чтобы перерабатываться в полезную пищу, но кусание и прикрепление к гораздо более крупным животным "кажется по своей сути действительно рискованным видом спорта." С сильной, усиленной dae2 иммунной системой, сказала она, виды клещей могли бы процветать, расширяясь, чтобы заполнить свою кровавую экологическую нишу.

Когда она впервые начала работать с dae2 в Ixodes scapularis, Оленьем клеще, Чоу подумала, что приобретение клещами этого гена должно иметь какое-то отношение к защите от клещевых бактерий, таких как B. burgdorferi, которые вызывают болезнь Лайма у людей и других животных. В эксперименте за экспериментом она и члены ее лаборатории пытались найти механизм для гена, чтобы подавить эту бактерию, пока у них не было прозрения.

"Нет никакого смысла в том, что клещи приобрели этот иммунный эффектор, чтобы убить бактерии, с которыми он, как известно, устойчиво ассоциируется", - сказала она. Поэтому вместо этого лаборатория начала гораздо более сложный процесс поиска бактерий, с которыми клещи, Как известно, не живут мирно. Когда члены лаборатории, в том числе соавторы первых авторов Бет М. Хейс, доктор философии, и Атанас Д. Радков, доктор философии, предложили исследовать идею о том, что dae2 может защитить от бактерий стафилококка: "я на самом деле пу-пу—пу эту идею-я поставил пиво против нее", - сказал Чоу.

Но после того, как белок Dae2 был введен в мутный флакон с культивированными бактериями стафилококка, Чоу был потрясен. - Трубка из мутной стала прозрачной примерно за секунду, - сказала она. -Я был даже рад, что проиграл это пари. После двух лет попыток понять, что происходит,все начало рушиться."

Теперь у команды было направление. Как подробно описано в статье о клетках, исследователи приступили к серии широкомасштабных экспериментов, сначала сравнив гены dae в ряде видов клещей с бактериальными генами tae, из которых они были первоначально выведены. С этими сравнениями и белковыми структурами высокого разрешения в руках они использовали компьютерные модели этих белков, чтобы сравнить их форму и ориентацию, когда они вступали в контакт с молекулами, обнаруженными в клеточных стенках бактерий.

Затем они перешли к тестированию белков непосредственно на реальных молекулах, извлеченных из стенок бактериальных клеток. В то время как белок Dae2 мог быстро деградировать этот материал, взятый из обычных бактерий кожи, Tae2 не мог. Dae2 также убил широкий спектр бактерий, особенно три очень распространенных вида, которые являются симбиотическими партнерами человеческой кожи.

Затем исследователи исследовали, может ли Dae2 достичь нашей кожи. Они обнаружили белок Dae2 в слюнных железах и слюне клещей и обнаружили, что оттуда белок переносится в кровяную муку хозяев клещей.

Когда Чоу и его команда уничтожили эффекты Dae2 в группе клещей, питающихся кровью, используя метод, известный как РНК-интерференция у некоторых мышей и иммунизация других мышей к белку, они обнаружили более высокие уровни бактерий стафилококка, чем у клещей с функционирующим белком. Эти клещи также оставались меньше и набирали меньше веса, чем клещи с Dae2.

"Это новый способ мышления о том, как клещи взаимодействуют с микробами", - сказал Чоу. Микробы, переносимые клещами, вызывают болезни у людей и животных во всем мире, но это только половина истории, сказала она. - Их комменсал - наш патоген, а наш комменсал-их патоген."

ИСТОЧНИК