Бактерии "летают" по всему миру, чтобы делиться друг с другом полезными генами

Бактерии могут обмениваться генами друг с другом, и этот факт пугает современное медицинское сообщество. Проблема в том, что таким образом патогены быстро развивают устойчивость к антибиотикам.

Может показаться, что микробы должны находиться в непосредственной близости друг от друга, чтобы совершать подобные "обмены данными". Однако специалисты из России, Франции, Чили и Израиля убедились в обратном.

Учёные провели генетическое исследование одного из видов бактерий, собранных в самых разных уголках планеты. Сравнивая "историю болезней микроорганизмов", прописанную в их генах, исследователи обнаружили кое-что интересное.

Напомним, что, когда вирусы под названием бактериофаги поражают бактериальные клетки, последние в случае выживания "отрезают" небольшие сегменты ДНК своих врагов и "сохраняют их на память". Всё это позволяет микроорганизмам помнить, как лучше всего противостоять бактериофагам, которых они уже встречали.

Подобные фрагменты чужеродной ДНК могут передаваться будущим поколениям, что позволяет микробам быстро эволюционировать, справляться таким образом с новыми угрозами и адаптироваться к новым условиям среды.

В так называемых молекулярных воспоминаниях хранится архив знаний обо всех вирусах, с которыми приходилось сталкиваться определённой колонии бактерий.

Памятуя об этом, исследовательская группа решила изучить и сравнить генетический "анамнез" популяций бактерий, которые обитали в разных уголках планеты. Для этого специалисты собрали несколько образцов бактерий вида Thermus thermophilus, которые, как следует из названия, хорошо себя чувствуют при высоких температурах.

Все образцы были собраны в местах, расположенных очень далеко друг от друга: вулканы Везувий и Этна в Италии, два горячих источника на севере и юге Чили и горячие источники на Камчатке.

Исследователи проанализировали последовательности ДНК разных популяций. Предполагалось, что все колонии будут иметь совершенно разные генетические истории. Специалисты считали, что во всех этих средах, откуда были взять "герои" исследования, могли появляться совершенно разные вирусы, которые со временем могли развести бактерии разными эволюционными путями. Но всё оказалось совсем не так.

"Мы обнаружили, что [у микроорганизмов] было много "общих воспоминаний" – идентичных фрагментов вирусной ДНК – хранящихся в ДНК бактерий из разных мест в одинаковом же порядке. Наш анализ может служить основой для эколого-эпидемиологических исследований вредных для человека бактерий, имеющих общие гены устойчивости к антибиотикам", – рассказывает Константин Северинов, ведущий автор исследования, профессор Сколковского института науки и технологии и профессор молекулярной биологии и биохимии в Университете Ратгерса в США.

Он также добавляет, что ранее такого рода работы следили за передвижениями по миру путешественников (люди переносят в себе множество микроорганизмов, а затем вместе с фекалиями селят их в новых точках на карте). Однако группа Северинова обнаружила иной путь, которым бактерии передают свои "воспоминания" собратьям.

"Наши исследования показывают, что должен существовать глобальный механизм, обеспечивающий обмен [генами] между бактериями, обитающими в столь отдалённых друг от друга местах. Поскольку бактерии, которые мы изучаем, обитают в очень горячей воде, примерно 71 градус по Цельсию, невозможно представить себе, чтобы животные, птицы или люди перевозили их. Они должны перемещаться по воздуху, и это движение должно быть широкомасштабным, чтобы бактерии из совершенно разных мест имели схожие характеристики", – добавляет учёный.

К слову, бактерии и вирусы, как считается, вполне могут "путешествовать автостопом" при помощи частиц в воздухе, которые уносятся в небо, прежде чем вернуться на землю с дождём. Теоретически они могут путешествовать так на очень большие расстояния.

Что интересно, в прошлом году команда из Университета Британской Колумбии совместно с коллегами из Испании и США доказала, что в атмосфере нашей планеты постоянно циркулирует чудовищное количество вирусов. И многие из них ежедневно в буквальном смысле сыплются на голову жителям Земли.

Теперь исследователи планируют изучить возможные пути перемещения микроорганизмов более тщательно, взяв пробы воздуха на разных высотах и в разных местах, чтобы посмотреть, какие виды бактерий там присутствуют.