Новости

Гигантский микроб из мангровых зарослей может быть недостающим звеном между одноклеточными организмами и клетками, из которых состоит человек.    По определению, микроорганизмы должны быть настолько малы, что их можно увидеть только с помощью микроскопа. Но недавно описанная бактерия, обитающая в мангровых зарослях Карибского моря, не поняла этого указания. Ее нитевидные клетки видны невооруженным глазом, они вырастают до 2 сантиметров - длиной с земляной орех - это в 5000 раз больше, чем многие другие микробы. Более того, этот гигант имеет огромный геном, который не находится в свободном плавании внутри клетки, как у других бактерий, а заключен в мембрану, что характерно для гораздо более сложных клеток, таких как клетки человеческого тела.    Бактерия была описана в препринте, опубликованном на прошлой неделе, и она поразила некоторых исследователей, изучивших ее особенности. "Когда речь идет о бактериях, я никогда не говорю "никогда", но эта бактерия точно превышает то, что мы считали верхним пределом [размеров] в 10 раз", - говорит Верена Карвальо, микробиолог из Массачусетского университета.    Открытие "фантастическое и впечатляющее", - добавляет Виктор Низет, ученый из Калифорнийского университета, изучающий инфекционные заболевания. Эта огромная бактерия больше, чем плодовые мушки и нематоды - обычные лабораторные организмы, которые он и другие ученые иногда инфицируют гораздо меньшими бактериями для своих исследований.    Помимо того, что эта бактерия разрушает представления о том, насколько большими и сложными могут стать микробы, она "может быть недостающим звеном в эволюции сложных клеток", - говорит Казухиро Такемото, специалист по вычислительной биологии из Технологического института Кюсю.    Исследователи давно разделили жизнь на две группы: прокариоты, к которым относятся бактерии и одноклеточные микробы, называемые археями, и эукариоты, к которым относятся все - от дрожжей до большинства форм многоклеточной жизни, включая человека. Прокариоты имеют свободно плавающую ДНК, тогда как эукариоты упаковывают свою ДНК в ядро. Эукариоты также распределяют различные функции клетки по везикулам, называемым органеллами, и могут перемещать молекулы из одного отсека в другой, чего не могут делать прокариоты.    Но этот недавно открытый микроорганизм стирает грань между прокариотами и эукариотами. Около 10 лет назад Оливье Грос, морской биолог из Университета Французских Антильских островов, наткнулся на странный организм, растущий в виде тонких нитей на поверхности разлагающихся листьев мангровых деревьев в местном болоте. Только спустя 5 лет он и его коллеги поняли, что эти организмы на самом деле являются бактериями. И они не осознавали, насколько особенными были эти микробы, до недавнего времени, когда аспирант Гроса Жан-Мари Волланд взялся за попытку охарактеризовать их.    Некоторые микробы, такие как слизистые плесени и сине-зеленые водоросли, образуют видимые стебли или нити, состоящие из стопок клеток, но группа использовала различные методы микроскопии и окрашивания, чтобы убедиться, что нити из мангровых деревьев состоят всего из одной клетки. В это "мы сначала не поверили...", - вспоминает Волланд, который сейчас работает морским биологом в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли.    Более того, эта клетка включает в себя два мембранных отсека, один из которых содержит всю ДНК клетки, сообщают Волланд и его коллеги в препринте на bioRxiv от 18 февраля. Волланд называет этот отсек органеллой, и это "большой новый шаг", который предполагает, что две ветви жизни не так сильно отличаются друг от друга, как считалось ранее, говорит Карвальо. "Возможно, пришло время пересмотреть наше определение эукариот и прокариот!" - соглашается Петра Левин, микробиолог из Вашингтонского университета. "Это суперкрутая история".    Другой, заполненный влагой отсек может быть причиной того, что бактерия смогла вырасти такой большой. Раньше микробиологи считали, что бактерии должны быть маленькими, отчасти потому, что они едят, дышат и избавляются от токсинов путем диффузии молекул через внутреннее пространство клетки, и существуют пределы того, насколько большое расстояние могут преодолеть эти молекулы. Затем в 1999 году исследователи обнаружили у побережья Намибии гигантский микроб, питающийся серой, размером примерно с маковое зерно. Он может быть таким большим, потому что его клеточное содержимое прижато к внешней клеточной стенке гигантским отсеком, заполненным водой и нитратами. Важные молекулы бактерии все еще могут диффундировать внутрь и наружу, потому что "только [по краю] клетка живая", - говорит Карвальо, который изучал эту группу бактерий. С тех пор ученые нашли и другие крупные бактерии, питающиеся серой, но их длинные нити состоят из множества клеток.    Как и микроб, найденный в Намибии, новая мангровая бактерия также имеет огромный отсек - предположительно, с водой, - который занимает 73% ее общего объема. Это сходство и генетический анализ позволили исследовательской группе поместить ее в тот же род, что и большинство других микробных гигантов, и предложить назвать ее Thiomargarita magnifica.    "Какое замечательное название!" - говорит Эндрю Стин, биоинформатик из Университета Теннесси в Ноксвилле, который изучает, как микроорганизмы влияют на геохимические циклы. "Читая о нем, я чувствую себя точно так же, как когда слышу об огромном динозавре или о каком-нибудь небесном теле".    Самая большая клетка T. magnifica, которую нашел Волланд, была размером 2 сантиметра, но Карвальо считает, что если их не затоптать, не съесть, не сдуть ветром или не смыть волной, они могут вырасти еще больше. Заполненный ДНК отсек, также расположенный вдоль внутреннего края этой бактерии, также оказался необычным. Когда исследователи из Объединенного института генома Министерства энергетики провели секвенирование ДНК внутри мешочка, они обнаружили, что геном был огромным, с 11 миллионами оснований, содержащих около 11 000 четко различимых генов. Обычно геномы бактерий в среднем содержат около 4 миллионов оснований и около 3900 генов.    Пометив ДНК флуоресцентными метками, Волланд определил, что геном бактерии настолько велик, потому что в нем имеется более 500 000 копий одних и тех же участков ДНК. Фабрики по производству белка, называемые рибосомами, также находились внутри заполненного ДНК мешка, что, вероятно, делало перевод кода гена в белок более эффективным. "Отделение генетического материала от всего остального позволяет осуществлять более сложный контроль и повышать сложность", - говорит Крис Грининг, микробиолог из Университета Монаша.    Слишком часто о бактериях думают как о маленьких, простых, "неразвитых" формах жизни - так называемых "мешочках с белками", - добавляет Грининг. "Но эта бактерия показывает, что это далеко не так".

Пациентки, у которых развивается рак шейки матки, часто инфицированы не только вирусом папилломы человека (ВПЧ), но и одновременно бактериальным возбудителем Chlamydia trachomatis.     Поэтому возникает подозрение, что эти два патогена работают в своеобразной слаженной команде, чтобы "перепрограммировать" инфицированные ими клетки таким образом, что они начинают деградировать и бесконтрольно делиться.    Синдрилла Чумдури, руководитель исследовательской группы кафедры микробиологии Вюрцбургского университета и ее коллеги впервые продемонстрировали, что это не просто подозрение, а конкретный проверяемый эффект. Они создали реалистичные копии органов - так называемые трехмерные органоиды, - на которых они изучают взаимодействие между патогенами и тканями, которые они затрагивают, а также процессы развития заболевания. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.    "Наше исследование использует органоиды для демонстрации опасности множественных инфекций. Они создают уникальную клеточную микросреду, которая потенциально способствует перепрограммированию тканей и, следовательно, развитию рака", - говорит Чумдури, резюмируя главный результат своих исследований. Для этого ученые использовали клетки здоровых доноров для создания близкой к физиологической органоидной модели шейки матки.    В частности, исследование сосредоточено на двух типах тканей: во-первых, так называемая эктоцервикс - часть слизистой оболочки шейки матки, которая выходит во влагалище. И во-вторых, эндоцервикс - часть слизистой оболочки, которая находится внутри шейки матки и соединяет ее с маткой. Их основная задача - предотвратить проникновение патогенных микроорганизмов в матку и тем самым помочь сохранить верхний женский репродуктивный тракт стерильным.    Почему Чумдури особенно интересуется этими двумя типами тканей? "Участки, где сливаются экто- и эндоцервикс, образуют переходную зону и особенно подвержены инфекциям и новообразованиям, - говорит она. Большинство раковых заболеваний шейки матки зарождается именно там, добавляет она.    Есть также веские причины сосредоточиться именно на ВПЧ и C. trachomatis: "Они являются одними из самых распространенных патогенных инфекций, передающихся половым путем, - поясняет Чумдури. Уже давно доказано, что ВПЧ может вызывать рак. Именно поэтому с 2007 года в Германии девочки, а теперь и мальчики, могут пройти вакцинацию против этого вируса.    На самом деле ДНК вируса обнаруживается в более чем 90 % всех случаев рака шейки матки. Однако вирус не являются единственным виновником, о чем свидетельствует тот факт, что хотя более 80 % женщин заражаются ВПЧ в течение жизни, рак развивается лишь у 2% из них. Поэтому считается, что коинфекция C. trachomatis является основным фактором, способствующим развитию злокачественных новообразований. Однако "динамика этой коинфекции и лежащие в ее основе механизмы были практически неизвестны", - отмечает Чумдури.    Проблема заключается в том, что "в отличие от опухолевых вирусов, ДНК которых можно обнаружить в опухолях, бактерии, связанные с раком, редко оставляют обнаруживаемые элементы в раковых клетках", - объясняет Чумдури. Тем не менее, по ее словам, чтобы связать бактерии с развитием рака, необходимо определить те клеточные и мутационные процессы, которые способствуют тому, что клетки претерпевают патологические изменения. Сейчас Чумдури и ее сотрудники систематически изучают эти процессы в органоидах, которые они создали.    Результатом стал следующий вывод: "Наши исследования показывают, что ВПЧ и хламидии вызывают уникальное клеточное перепрограммирование хозяина. Некоторые гены по-разному регулируются этими двумя патогенами, что связано со специфическими иммунными реакциями. Среди прочего, патогены влияют на значительное подмножество всех регулируемых генов, отвечающих за восстановление повреждений ДНК". В целом, полученные результаты показывают, что  "совместное существование ВПЧ и хламидий может негативно повлиять на клеточную и геномную стабильность и способствовать неопластической прогрессии", как говорится в заключении исследования.    В то же время, исследование предоставляет первые доказательства того, что 3D органоиды шейки матки, разработанные группой Чумдури, подходят для изучения различных аспектов биологии шейки матки, включая тестирование лекарственных препаратов в условиях, близких к физиологическим. Возможность культивирования этих органоидов и генетического манипулирования ими открывает новые возможности для изучения развития, прогрессирования и исхода хронических инфекций в достоверных доклинических условиях.