Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
Д. Элленберг
«Как не ошибаться». Глава из книги


Д. Дойч
«Структура Реальности: Наука параллельных вселенных». Глава из книги


В. Власов
В окаменевших лесах Аризоны


Н. Карпушина
Сокровище геометрии


Н. Семаков, А. Ковалев, А. Павлов, О. Федотова
Куда бежит магнитный полюс?


П. Образцов
«Удивительные истории о существах самых разных». Глава из книги


Б. Дружинин
Путешествие №1 по зоопарку элементов


К. Постнов
Быстрые радиовсплески: ключ к разгадке тайны


Н. Резник
Дорога на работу — путь к артриту


В. Гаврилов
Как зимующие птицы используют людей







Главная / Новости науки версия для печати

Патогенная бактерия улучшает аппетит своих жертв, помогая им выживать, а себе — распространяться


Схематическое изображение основных результатов исследования

Рис. 1. Схематическое изображение основных результатов исследования. Вверху: сальмонеллы, лишенные способности производить белок SlrP (Mutant Salmonella), провоцируют передачу сигнала об инфекции из кишечника в гипоталамус. Система передачи сигнала включает интерлейкин 1β и блуждающий нерв (nervus vagus). Это ведет к анорексии, которая, в свою очередь, способствует проникновению микробов в селезенку и печень. В результате смертность зараженных животных растет, а эффективность распространения бактерии снижается. Внизу: нормальные сальмонеллы (Wild type Salmonella) при помощи белка SlrP блокируют передачу сигнала в гипоталамус, и поэтому зараженная мышь продолжает нормально питаться. В результате бактерии не проникают в печень и селезенку, а мышь производит больше помета, посредством которого происходит заражение других мышей. Рисунок из обсуждаемой статьи в Cell

Снижение аппетита при инфекционных заболеваниях — типичная защитная реакция организма, которая, однако, не всегда идет ему на пользу. Американские биологи обнаружили, что патогенная бактерия Salmonella enterica serovar Typhimurium производит специальный белок, блокирующий работу сигнальной системы, которая отвечает за снижение аппетита при кишечных инфекциях у мышей. В результате зараженные мыши продолжают активно питаться, что облегчает течение болезни и снижает смертность, а также помогает бактерии заражать новых жертв.

Многие паразиты повышают свой репродуктивный успех, манипулируя поведением хозяев. Стратегии, применяемые паразитами-манипуляторами, могут быть весьма изощренными (см. ссылки в конце новости). Обычно это не идет на пользу хозяину, но возможны и исключения, поскольку во многих случаях паразит сам заинтересован в том, чтобы хозяин жил долго и счастливо, помогая при этом паразиту заражать новых хозяев.

Интересный пример манипуляции, идущей на пользу одновременно и паразиту, и хозяину, обнаружили американские биологи в ходе изучения взаимоотношений патогенной бактерии Salmonella enterica serovar Typhimurium со своими жертвами, в роли которых выступали лабораторные мыши. Авторы обнаружили, что эффекторный белок (см. Bacterial effector protein) SlrP (Salmonella leucine rich repeat protein), выделяемый сальмонеллой, идет на пользу зараженным животным, облегчая течение болезни и снижая смертность (рис. 2). Мыши, зараженные сальмонеллами без гена slrP, быстрее теряли вес и чаще погибали по сравнению с такими же мышами, зараженными сальмонеллами дикого типа.

Процент выживших и средняя масса тела мышей

Рис. 2. Процент выживших (слева) и средняя масса тела (справа) мышей, зараженных обычной сальмонеллой (синие линии) и сальмонеллой без гена slrP (красные линии). По горизонтальной оси — дни после заражения. Рисунок из обсуждаемой статьи в Cell

Инфекции часто вызывают у млекопитающих характерный комплекс реакций, включающий повышение температуры, снижение двигательной активности и потерю аппетита (анорексию). Считается, что эти реакции имеют адаптивный характер и помогают животному поскорее выздороветь. Впрочем, в ряде исследований было показано, что анорексия идет на пользу организму далеко не при всякой инфекции, не у всех модельных видов и не при любых обстоятельствах.

Исследователи предположили, что влияние SlrP на ход заболевания может быть связано с пищевым поведением зараженных мышей. Ранее уже было показано, что обычные сальмонеллы, попадая в кишечник, немного портят мышам аппетит. Новые эксперименты показали, что сальмонеллы без гена slrP (штамм ΔslrP) вызывают намного более сильную анорексию, чем сальмонеллы дикого типа, причем разница становится заметна уже в первые сутки после заражения.

С чем это связано? Может быть, с тем, что сальмонеллы ΔslrP быстрее размножаются в зараженной мыши, быстрее поражают какие-то важные органы? Или, может быть, анорексия объясняется влиянием сальмонелл ΔslrP на других бактерий, живущих в кишечнике? Эти предположения были тщательно проверены — и не подтвердились. В первые дни после заражения, когда анорексия уже четко выражена, но смертность еще нулевая, численность бактерий и в кишечнике и во всех других органах и тканях инфицированных животных не различается при заражении обычными сальмонеллами и ΔslrP. Опыты по заражению сальмонеллами безмикробных мышей (см. Germ-free animal) показали, что и у них тоже сальмонеллы дикого типа не так сильно снижают аппетит, как ΔslrP. Значит, дело не в том, что ΔslrP влияет на кишечную микробиоту.

Следующая серия опытов показала, что анорексия вовсе не идет на пользу больным мышам. Выяснилось, что если животных, зараженных обычной сальмонеллой, держать на ограничительной диете, то болезнь протекает тяжелее, а смертность становится такой же высокой, как и при заражении сальмонеллами ΔslrP. Если же, наоборот, в принудительном порядке кормить мышей, зараженных ΔslrP, это повышает их шансы на выживание.

Полученные результаты показывают, что бактериальный белок SlrP, по-видимому, вмешивается непосредственно в работу сигнальной системы, которая отвечает за отключение аппетита в ответ на кишечную инфекцию. Авторы выдвинули ряд гипотез о том, как это может работать, и стали проверять их одну за другой. После нескольких отрицательных результатов и отвергнутых гипотез они нашли то, что искали. Ранее было показано, что важную роль в снижении аппетита при инфекциях играет интерлейкин 1β (IL-1β). Выяснилось, что попадание сальмонелл ΔslrP (но не обычных сальмонелл) в кишечник мыши приводит к резкому повышению уровня IL-1β в тонком кишечнике (но не в других тканях и отделах пищеварительного тракта). При этом у мышей с неработающим геном il-1β заражение сальмонеллой ΔslrP не усиливает анорексию и не повышает смертность по сравнению с заражением обычной сальмонеллой.

Таким образом, ситуация в общих чертах прояснилась. Стало ясно, что белок SlrP, выделяемый сальмонеллами, подавляет производство IL-1β в тонком кишечнике. Это предохраняет мышей от потери аппетита. Мыши больше едят, что, в свою очередь, повышает их сопротивляемость инфекции.

Исследователи не остановились на достигнутом и провели дополнительные эксперименты, чтобы выяснить подробности. Они установили, что сальмонеллы сначала проникают в клетки эпителия тонкого кишечника, а затем в лимфоидную ткань (см. Lamina propria) и находящиеся там лейкоциты. Здесь выделяемый бактериями белок SlrP блокирует активацию инфламмасом, которые поэтому не могут перевести в активное состояние фермент каспазу-1, который, в свою очередь, не может из-за этого синтезировать интерлейкин IL-1β из белка-предшественника (pro-IL-1 β).

Удалось также показать, что анорексия связана с изменением экспрессии нескольких генов (в том числе Npy, Il1b, Egr1, Plin4 и cFos) в гипоталамусе мышей в ответ на повышение уровня IL-1β в тонком кишечнике. Сигнал о том, что в кишечнике стало много IL-1β, поступает в мозг по блуждающему нерву. Если перерезать ветви блуждающего нерва, тянущиеся от тонкого кишечника, то мыши перестают реагировать снижением аппетита на повышение уровня IL-1β (о влиянии кишечных бактерий на гипоталамус при посредничестве блуждающего нерва см. также: Кишечная бактерия влияет на социальное поведение мышей, «Элементы», 21.06.2016).

Кроме того, удалось выяснить, почему анорексия повышает смертность зараженных животных. У голодающих мышей сальмонеллы из кишечника активно проникают в другие органы, включая печень, селезенку и мезентериальные лимфатические узлы, и начинают там быстро размножаться. Это справделиво как для мышей, зараженных сальмонеллой ΔslrP и потому утративших аппетит, так и для мышей, зараженных нормальной сальмонеллой, но содержащихся на скудной диете. При нормальном питании сальмонеллы в основном остаются в кишечнике, а болезнь протекает легче — в том числе и у мышей, зараженных ΔslrP, если кормить их насильно.

Итак, сальмонеллы производят эффекторный белок, который не позволяет зараженной мыши отреагировать на инфекцию резкой потерей аппетита, и это хорошо для мышей. Бактерия как будто исправляет ошибку в защитной программе мыши, которая в данном случае работает неоптимально: отключать аппетит при заражении сальмонеллой вредно, но мышь все равно пытается его отключить. Спасибо бактерии, которая не позволяет ей этого сделать.

Осталось понять главное: зачем это нужно самой бактерии. Авторы предположили, что бактерия таким способом повышает эффективность своего распространения. Эксперименты подтвердили эту гипотезу. Оказалось, что в помете мышей, зараженных обычной сальмонеллой, бактерий существенно больше, чем у мышей, зараженных сальмонеллой ΔslrP. Вероятно, это объясняется тем, что у хорошо питающихся мышей сальмонеллы живут в основном в кишечнике, а у голодающих — разбегаются по другим органам. Самого помета в первом случае тоже получается больше, поскольку мыши, зараженные обычной сальмонеллой, во-первых, больше едят, во-вторых, дольше живут. В результате обычная сальмонелла заражает других мышей намного эффективнее, чем ΔslrP. Эксперименты по содержанию в одном помещении двух мышей, зараженной и здоровой, дали весьма убедительные результаты. Из здоровых мышей, поселенных вместе с мышью, зараженной обычной сальмонеллой, в течение месяца умерло 60%. Из таких же мышей, живших с сородичем, зараженным сальмонеллой ΔslrP, за то же срок умерло лишь 10% — и это несмотря на то, что при заражении сальмонеллой ΔslrP смертность выше.

Таким образом, бактерия, помогая своей жертве, на самом деле помогает себе. Не давая мыши быстро погибнуть и заставляя ее хорошо питаться, бактерия превращает мышь в более эффективное устройство для распространения заразы.

Исследование впервые показало, что информация о воспалительном процессе в кишечнике, поступая в мозг по блуждающему нерву, может влиять на экспрессию генов в гипоталамусе и стимулировать анорексию. Все это предполагалось и раньше, но не имело прямых экспериментальных подтверждений. Работа также показала, что бактерии могут вмешиваться в этот процесс, способствуя сохранению хорошего аппетита, то есть фактически манипулировать пищевым поведением хозяина. Кроме того, исследование в очередной раз проиллюстрировало идею о том, что паразиту часто бывает невыгодно быстро убивать свою жертву, и что паразит будет стараться настроить свою вредоносность (вирулентность) таким образом, чтобы максимизировать шансы на заражение новых хозяев.

Полученные результаты позволяют предположить, что анорексия в ответ на кишечную инфекцию — это адаптация на благо группы, а не индивида. Отдельной мыши, заразившейся сальмонеллой, голодать вредно. Зато ее ближайшему мышиному окружению такое поведение заболевшей в высшей степени выгодно, ведь оно резко повышает их шансы не заразиться. Такая альтруистическая адаптация могла развиться под действием родственного или группового отбора. С другой стороны, анорексия — это типичная реакция организма на многие инфекции. Возможно, в большинстве случаев она полезна индивиду, и лишь иногда, как в случае с сальмонеллой, система не срабатывает, и голодание идет не на пользу, а во вред. Расшифрованный авторами путь передачи сигнала, судя по всему, не предусматривает попадания в мозг информации о том, по какому поводу в кишечнике повысился уровень интерлейкина IL-1β. Поэтому мозг вряд ли может оценить, какая именно зараза завелась в кишечнике, и выдает стандартную реакцию, сажая организм на диету.

Источник: Sheila Rao, Alexandria M. Palaferri Schieber, Carolyn P. O’Connor, Mathias Leblanc, Daniela Michel, Janelle S. Ayres. Pathogen-Mediated Inhibition of Anorexia Promotes Host Survival and Transmission // Cell. 2017. V. 168. P. 503–516.

См. также о паразитах, манипулирующих своими хозяевами:
1) Токсоплазма — паразит, манипулирующий человеческой культурой, «Элементы», 05.09.2006.
2) Симбиотическая бактерия распространяется, заставляя зараженных самок рожать дочерей, «Элементы», 19.04.2011
3) Молодые паразиты берегут хозяина, зрелые загоняют его хищнику в пасть, «Элементы», 06.06.2011.
4) Расширенный фенотип объяснен на генетическом уровне, «Элементы», 13.09.2011.
5) Паразитический гриб избирательно зомбирует муравьев, «Элементы», 13.10.2014.
6) Паразитическая бабочка находит муравьев по запаху репеллента, которым растения пытаются их отпугнуть, «Элементы», 14.07.2015.
7) Елена Бадьева. Стратегии паразитов: убить нельзя помиловать // Журнал общей биологии. 2011. Т. 72. №3. С. 183–197.
8) A. Y. Panchin, A. I. Tuzhikov, Y. V. Panchin. Midichlorians — the biomeme hypothesis: is there a microbial component to religious rituals? // Biology Direct. 2014. DOI: 10.1186/1745-6150-9-14.
9) Карл Циммер, 2011. Паразиты. Тайный мир.

Александр Марков


Комментарии (16)



Последние новости: ИммунологияМикробиологияПаразитологияАлександр Марков

06.03
Что общего у голых землекопов и «голых обезьян»?
27.02
Перенимая опыт у товарищей, шмели подходят к делу с умом
20.02
Экстракт из старых сородичей ускоряет старение
13.02
Эволюционные последствия генных дупликаций удалось оценить количественно
06.02
Два независимых исследования подтвердили глобальное ослабление синапсов во время сна
24.01
Гены, способствующие получению хорошего образования, отсеиваются отбором
19.01
Чтобы ослабить атаку Т-клеток, опухоль меняет набор неоантигенов
16.01
Описан новый надтип архей, к которому относятся предки эукариот
05.01
Вставка генома вольбахии может приводить к развитию новой половой хромосомы у ее хозяев
04.01
Межгрупповые конфликты у шимпанзе связаны с повышенным уровнем окситоцина

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Дмитрий Сутормин, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2017 III, II, I  2016 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Индикатор», «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия