Около половины всех насекомых относятся к травоядным, но это не значит, что их рацион ограничивается исключительно растениями. Вместе с кусочками листьев в организм могут попасть и потенциально вредоносные бактерии. Учёным удалось выяснить, как гусеницы защищаются от них. Результаты исследования были опубликованы в издании Cell Chemical Biology.
Оказывается, бактерии, часто встречающиеся в кишечнике гусениц со́вок или ночниц, а также многих других бабочек, вырабатывают мощный противомикробный белок. Он одновременно избавляет бактерий-симбионтов от конкурентов и защищает гусениц-хозяев от болезней.
«В течение длительного времени считалось, что бактерии, живущие в кишечнике организма-хозяина, выполняют, в том числе и защитные функции. Однако до сих пор не были определены ни конкретные виды, ни молекулярные механизмы, вовлечённые в этот процесс, — рассказывает первый автор работы Юнци Шао (Yongqi Shao) из Чжэцзянского университета (кит. 浙江大学). — Мы продемонстрировали, что эволюционный успех насекомых частично объясняется их симбиотической связью с микроорганизмами, составляющими микробиоту кишечника. Эти микроорганизмы эволюционировали совместно со своими хозяевами на протяжении миллионов лет».
Насекомые — самая крупная группа животных на Земле, на сегодняшний день насчитывающая свыше миллиона описанных видов. Роль насекомых как травоядных животных огромна — в совокупности они представляют собой наиболее значимую группу потребителей растений. Вместе с листьями, стеблями и другими частями растений в организм насекомых попадают и бактерии. Однако развитие болезней при этом наблюдается гораздо реже, чем этого можно было бы ожидать. Постепенное накопление научных данных, касающихся как позвоночных, так и беспозвоночных, позволило предположить, что определённую роль в развитии устойчивости насекомых к инфекционным заболеваниям может играть микробиота кишечника гусениц, жуков и других представителей класса. Но конкретные виды бактерий, обеспечивающие защиту, удавалось определить достаточно редко.
Шао и ведущий автор исследования Вильгельм Боланд (Wilhelm Boland) из института химической экологии Макса Планка (нем. Max-Planck-Institut für chemische Ökologie) занимались изучением бабочек вида Spodoptera littoralis. Это один из самых распространённых видов травоядных насекомых умеренной климатической зоны. Гусеницы Spodoptera littoralis наносят существенный ущерб сельскому хозяйству. Исследуя вредителя, учёные заметили, что состав микробиоты гусениц сильно изменяется по мере их роста. У молодых гусениц в ЖКТ преобладали различные патогенные микроорганизмы из рода Enterococcus, в то время как у более зрелых микробиота состояла преимущественно из бактерий вида E. mundtii, практически никогда не описывавшихся как патогены.
Заинтересовавшись этим открытием, учёные решили выяснить, какие факторы влияют на изменение состава микробиоты по мере взросления гусеницы. Для этого они выделили разные виды энтерококков из гусениц и стали наблюдать за тем, как микробы взаимодействуют между собой. Оказалось, что E. mundtii подавляет развитие других бактерий этого же рода, выделяя специальный пептид. В кишечнике молодых гусениц этот токсин присутствовал в практически неопределяемых количествах. Однако у старших по возрасту гусениц концентрация антимикробного вещества росла, что и приводило к росту популяции E. mundtii, одновременно меняя состав микробиоты с удивительной эффективностью.
«Способность к синтезу противомикробного вещества даёт бактериям вида E. mundtii преимущество перед другими сходными бактериями. Кроме того, наличие этого пептида делает возможным симбиоз между гусеницей и бактериями, поскольку последние защищают своего хозяина от возможных патогенов, — рассказывает Боланд. — Мы полагаем, что содружество с бактериями, синтезирующими антибиотики, является широко распространённой стратегией, используемой насекомыми для защиты от патогенных микробов».
«Результаты нашей работы могут быть интересны и с точки зрения медицинских исследований, — добавляет Шао. — Распространённые антибиотики всё чаще оказываются неэффективны из-за растущей резистентности. Но естественное эволюционное оружие, бактериоцины (вещества, вырабатываемые одними бактериями для подавления роста других), могут стать альтернативой обычным антибиотикам».
