В вашем кишечнике куча бактерий занимается "сексом"

В кишечнике человека происходит бурная микроскопическая оргия. Чтобы выжить, микробы в нашем пищеварительном тракте регулярно занимаются "сексом" друг с другом, и все это во имя обмена секретами о том, как выжить после смертельных доз антибиотиков.

Группа исследователей из Иллинойского университета в Урбане-Шампейне и Калифорнийского университета в Риверсайде выяснила, насколько далеко заходят эти бактериальные столкновения, обнаружив обмен, выходящий за рамки того, что мы знали ранее.

Бактерии, конечно, не имеют половых органов, но технически "секс" в биологии относится к любому процессу обмена генетическим материалом.

Образуя "временный союз" с другой бактерией в нашем кишечнике, микроб может передавать свои гены другой бактерии - не обязательно даже того же вида.

Все, что нужно сделать микробу, - это высунуть трубку, называемую пилусом, и прикрепиться к другой клетке, отстреливая по готовности пакет ДНК, называемый мобильным генетическим элементом.

Открытие бактериального секса было сделано более 70 лет назад, когда ученые поняли, что с помощью горизонтального переноса генов микробы обмениваются генами устойчивости к определенным антибиотикам, тем самым распространяя устойчивость к антибиотикам.

Совсем недавно стало ясно, что бактериальный секс происходит не только тогда, когда микробы находятся под ударом. Он происходит постоянно, и, возможно, это часть того, что поддерживает наш микробиом в хорошем состоянии.

Новое исследование позволило установить, какими генами бактерии обмениваются при этом.

Исследование проводилось среди представителей филума кишечных микробов под названием Bacteroidetes, которые составляют до 80 процентов микробиома человека и являются важными переваривателями пищи.

"Большие, длинные молекулы из сладкого картофеля, бобов, цельного зерна и овощей прошли бы через наш организм полностью без этих бактерий", - объясняет микробиолог Патрик Дегнан из Калифорнийского университета в Риверсайде.

"Они расщепляют их, чтобы мы могли получить из них энергию".

Однако, чтобы заселить кишечник человека и помочь нам расщеплять углеводы, эти микробы должны конкурировать за ограниченные ресурсы в толстом кишечнике. К таким ресурсам относятся витамин B12 и другие родственные соединения, которые помогают бактериям поддерживать метаболизм и синтез белков.

Большинство микробов в кишечнике не способны самостоятельно синтезировать эти важнейшие соединения, поэтому им приходится впитывать все возможное из окружающей среды.

Для того чтобы это было эффективно, необходимо иметь наготове гены для эффективной транспортной системы витамина В12.

Как в чашках Петри, так и в живых моделях мышей исследователи выявили транспортеры B12, которые передаются через бактериальный секс.

"Мы рады этому исследованию, потому что оно показывает, что этот процесс связан не только с устойчивостью к антибиотикам", - говорит Дегнан.

"Горизонтальный обмен генами между микробами, вероятно, используется для всего, что повышает их способность выживать, включая обмен [генами для переноса] витамина B12".

Когда два кишечных микроба были помещены на блюдо в лаборатории, исследователи заметили, что бактерия, которая не могла синтезировать транспортные системы B12, соединилась с бактерией, которая могла. Как только половой пилус преодолевал расстояние между ними, "принимающая" бактерия могла распаковать свой ценный груз.

После эксперимента исследователи изучили геном принимающей бактерии, которая была еще жива, и обнаружили, что она включила в себя дополнительную полосу ДНК от донора.

Среди живых мышей, похоже, происходит нечто подобное. Когда исследователи ввели мыши две формы бактерий Bacteroidetes - одну, которая обладала генами для передачи B12, и другую, которая не обладала, - они обнаружили, что гены первой "перепрыгнули" во вторую через пять-девять дней.

"Это как если бы два человека занимались сексом, и теперь у них обоих рыжие волосы", - говорит Дегнан.

Интересно, что авторы отмечают, что вторичный раунд передачи генов между бактероидами одного вида происходил немного быстрее, чем первый раунд, который происходил между двумя разными видами.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что при бактериальном сексе может существовать небольшой "видовой барьер". Хотя этот барьер не похож на тот, что мы видим у млекопитающих, где один вид может размножаться только с другим видом.

Бактерии, похоже, не так разборчивы в выборе партнеров, и наши желудки очень благодарны им за их неразборчивость.

Исследование было опубликовано в журнале Cell Reports.