Кліщі та їх злочинні асоціації з бактеріями
Олів'є Дюрон, Університет Монпельє
Кліщі отримують поганий реп, і ця репутація часто виправдана. Ці тварини є одними з основних переносників патогенних мікроорганізмів для людини, а також для багатьох інших наземних хребетних. Список захворювань, пов’язаних з укусами кліщів та щеплених збудників, здається роздутим і, чесно кажучи, не дуже привабливим: хвороба Лайма, кримсько-конгозька геморагічна лихоманка, плямисті лихоманки, періодичні лихоманки, кліщовий енцефаліт та багато іншого.
Однак кліщі містять не тільки збудників хвороб, більшість їх мікроорганізмів насправді є досить нешкідливими. Наша робота під керівництвом CNRS спільно з CIRAD нещодавно встановила, що певні бактерії навіть необхідні для виживання кліщів. Позбавлені цих симбіотичних бактерій, кліщі страждають від ранньої зупинки у розвитку, що призводить до повільного відмирання. Цей симбіоз, настільки важливий для кліщів, бере свій початок у їхньому особливому харчуванні.
Від суворої гематофагії до харчового симбіозу
Сьогодні відомо понад 900 видів кліщів! Деякі види є в наших гаях, деякі в тропічних лісах, а інші аж до антарктичних земель. Однак усіх їх об’єднує те, що вони кровососи: вони харчуються кров’ю, подібно до комарів або бліх.
На відміну від останніх, кліщі харчуються виключно кров’ю з самого початку свого життя. Вони суворі кровососи. Ця ультраспеціалізована дієта не позбавлена наслідків, оскільки якщо кров є їжею, багатою білками, вона залишається відносно бідною певними поживними речовинами, такими як вітаміни групи В. Зрештою, кліщ повинен страждати від харчової недостатності та втрачати відходи. Однак це не так, і залишалося з'ясувати, чому.
Хоча тварини, як правило, не здатні синтезувати вітаміни групи В, багато бактерій справляються дуже добре. Але чи могли вони це зробити для кліщів? Наші перші дослідження на кліщах швидко показали, що вони мали в собі патогени, але набагато частіше симбіотичні бактерії.
Останні були виявлені майже у всіх обстежених кліщів. Найцікавіший факт походить від розташування цих симбіотичних бактерій в їх організмі. Всупереч усім сподіванням, ці симбіотичні бактерії не є частиною мікробіоти кишечника. Їхній спосіб життя набагато більш спеціалізований. Вони є облігатними внутрішньоклітинними бактеріями, не здатними жити в середовищі, відмінному від кліщової клітини. Спосіб передачі цих симбіотичних бактерій такий же цікавий і дозволяє кліщам заразитися ще до того, як вони покинуть яйцеклітину.
Згідно з так званим трансоваріальним способом передачі, матері-кліщі передають ці симбіотичні бактерії через власні яєчники своєму майбутньому потомству. Цей процес призводить до ідеальної передачі, коли всі яйця кліщів несуть симбіотичні бактерії. Таким чином, симбіотична асоціація підтримується стабільно від одного покоління кліща до наступного. Не перериваючи цей ланцюг передачі, асоціація може продовжуватися довгий час. Найстаріший з відомих прикладів віком понад 14 мільйонів років, він триває донині і включає кліщів, які зазвичай зустрічаються у вухах собак. Для порівняння, 14 мільйонів років тому людська лінія ще не існувала ...
Забезпечення вітамінами групи В бактеріями
Саме ці симбіотичні бактерії точно дозволяють кліщам бути суворими гематофагами. Послідовність їх геномів виявила наявність генів, що дозволяють біосинтезувати, тобто утворювати та продукувати, кілька типів вітамінів групи В, таких як біотин, фолієва кислота та рибофлавін. Ці біосинтетичні шляхи виявлені неушкодженими та функціональними у всіх симбіотичних бактерій, що досліджувались на сьогоднішній день.
Цей внесок вітамінів групи В є життєво важливим для кліщів, і кожен міг знайти оригінальний спосіб знищити кліща: досить позбавити його цих симбіотичних бактерій. Таким чином, додавання в кров простих антибіотиків, таких як рифампіцин, якими харчуються кліщі, швидко призведе до знищення симбіотичних бактерій, а в середньостроковій перспективі - до дефіциту вітамінів групи В. Кліщі припиняють свій розвиток, а не більше здатні линяти і мати фізичні відхилення. Це симптоми гострого дефіциту поживних речовин.
Жоден із цих симптомів не з’являється, якщо кліщі, позбавлені симбіотичних бактерій, отримують штучну добавку вітамінів групи В. Ставши суворими гематофагами, кліщі стають залежними від вітамінів групи В та бактерій, здатних їх синтезувати. Цей процес далеко не тривіальний, але дозволив кліщам урізноманітнитись та поширитися в більшості наземних екосистем. Без цієї симбіотичної асоціації не було б жодного з відомих нам сьогодні кліщів. І це, мабуть, було б і для пов’язаних із ними захворювань.
Походження симбіозу, виявленого геномами
Однак історія на цьому не закінчується. Дослідження геному симбіотичних бактерій також дозволяє нам краще зрозуміти, як виник цей симбіоз, і повернутися у минуле до свого походження. Більшість симбіотичних бактерій кліща належать до бактеріальних родів, добре відомих лікарям та ветеринарним лікарям: ці роди, Francisella або Coxiella, містять види, особливо вірулентні для людини та інших хребетних.
Ці патогенні бактерії відповідають за інфекційні захворювання, які іноді мають летальний результат, такі як туляремія та лихоманка Q. Симбіотичні кліщові бактерії дуже точно знаходять своє походження в цих родах бактерій, але в ході еволюції, якщо певні лінії Франсізели та Коксієли переросли в симбіоз із кліщами інші еволюціонували до вірулентності до хребетних, включаючи людей.
Сьогодні ці два основних типи лінії, симбіотична та патогенна, добре розходяться, зберігаючи кілька спільних моментів. Перший момент - це їх здатність колонізуватися і розмножуватися в клітинах своїх господарів - кліщів в одному випадку, людей та інших хребетних в іншому.
Другий момент - потреба в них синтезу вітамінів групи В, хоча мета цього виробництва дуже різна. Для симбіотичних бактерій цей синтез вітамінів групи В є запорукою їх взаємної взаємодії з кліщами. Для патогенних бактерій цей синтез є абсолютно необхідним для їх розмноження і, зрештою, для їх вірулентності щодо людських клітин або інших хребетних. Тому один і той же механізм - синтез вітамінів групи В - дозволив кардинально різний розвиток між симбіотичною та патогенною лініями.
Що дозволяє нам зрозуміти це відкриття ?
Ці симбіотичні стосунки є ілюстрацією тісних взаємозв’язків, які можуть бути створені в живих істотах. Переплетення кліща та його симбіонтів таке, що вони утворюють єдину біологічну сутність, де один більше не може жити без іншого.
Цей процес є потужним еволюційним двигуном, що походить від екологічних інновацій: дозволивши появу ультраспеціалізованої дієти суворої гематофагії, симбіоз дозволив зайняти нові екологічні ніші родоначальником кліщів.
Потім цей предок міг диференціюватись на кілька видів, яких ми знаємо сьогодні. За масштабами досліджень, які ми проводимо в наших лабораторіях, це відкриття також показує нам, що вивчення кліщів лише через призму їх збудників є редукційним. Таким чином, це запрошує нас дослідити нові шляхи досліджень, щоб краще зрозуміти, як створюється та структурується різноманіття живого світу.
Олів’є Дюрон
Олів'є Дюрон отримав фінансування від Національного центру наукових досліджень (CNRS).
Університет Монпельє забезпечує фінансування як член La Conversation FR.