Czy mikrobiom może odgrywać kluczową rolę w ochronie organizmu przed infekcjami? Nowe badania naukowców z École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) rzucają światło na ewolucję układu odpornościowego oraz jego zdolność do zwalczania patogenów przy jednoczesnym wspieraniu korzystnych bakterii.
Mikrobiom – sojusznik czy wróg?
Zarówno ludzie, jak i zwierzęta żyją w ścisłej symbiozie z ogromnym zestawem mikroorganizmów, znanym jako mikrobiom. Wiele z tych bakterii jest korzystnych, pomagając w trawieniu i wzmacniając odporność, ale niektóre mogą prowadzić do groźnych infekcji. Aby regulować ich obecność, organizmy wykształciły szereg mechanizmów obronnych, w tym małe peptydy przeciwdrobnoustrojowe (AMPs).
AMPs to krótkie białkowe cząsteczki, które zwalczają szkodliwe drobnoustroje. Znajdują się zarówno u roślin, jak i zwierząt. Ich rolą jest nie tylko eliminacja patogenów, ale również kontrolowanie składu mikrobiomu gospodarza. Dotychczasowe badania wykazały, że AMPs ewoluują bardzo szybko, ale mechanizmy stojące za tym procesem były słabo poznane.
Badania nad muszką owocową – klucz do zrozumienia ewolucji odporności
Zespół badaczy z EPFL, kierowany przez Marka Hansona (obecnie na Uniwersytecie w Exeter) oraz Lenę Grollmus, przeprowadził badania na muszce owocowej (Drosophila). Zespół analizował rolę i ewolucję peptydów przeciwdrobnoustrojowych zwanych dipterycynami (Dpt). Ich wyniki, opublikowano w prestiżowym czasopiśmie Science. Bdania dostarczyły nowych informacji na temat sposobu, w jaki organizm dostosowuje swoją odporność do specyficznych zagrożeń mikrobiologicznych.
Badacze odkryli, że dwa warianty dipterycyn – DptA i DptB – pełnią odrębne funkcje:
- DptA skutecznie zwalcza bakterie Providencia rettgeri, które są naturalnym patogenem Drosophila.
- DptB pomaga organizmowi odpierać infekcje wywołane przez różne gatunki Acetobacter – bakterie żyjące w jelitach muszki i wspierające jej rozwój.
Co istotne, DptA nie odgrywa znaczącej roli w walce z Acetobacter, a DptB nie wpływa na zwalczanie Providencia. Oznacza to, że organizm muszki ewolucyjnie dostosował swoją odporność do konkretnych mikroorganizmów występujących w jego otoczeniu.
Ewolucyjna adaptacja do środowiska
Analiza historii ewolucyjnej dipterycyn wykazała, że gen DptB pojawił się u muszek owocowych, które odżywiają się owocami – środowiskiem bogatym w Acetobacter. W przeciwieństwie do nich, muszki żyjące w innych niszach ekologicznych, np. odżywiające się grzybami lub będące pasożytami roślin, utraciły geny DptB lub oba – DptA i DptB . Było to zgodne z brakiem Acetobacter lub Providencia w ich środowisku.
Co ciekawe, różnice w sekwencjach DptA i DptB umożliwiły naukowcom przewidywanie odporności poszczególnych gatunków Drosophila na infekcje. Eksperymenty wykazały, że zdolność organizmu do zwalczania patogenów była bezpośrednio związana z obecnością i wariantami genów. Chodzi o DptA, a także DptB – nawet w przypadku gatunków oddzielonych 50 milionami lat ewolucji.
Mikrobiom i nowy model ewolucji układu odpornościowego
Badania szwajcarskich naukowców rzucają nowe światło na ewolucję odporności i dostosowanie organizmów do specyficznych warunków ekologicznych. Wskazują, że na rozwój układu immunologicznego wpływa kombinacja różnych procesów, takich jak:
- duplikacja genów,
- konwergencja sekwencji,
- utrata genów,
- zmieniający się mikrobiom i środowisko gospodarza.
„Sposób, w jaki nasze organizmy walczą z infekcjami, jest niezwykle złożony” – komentuje Mark Hanson. „Jednak tego rodzaju badania pozwalają nam spojrzeć na układ odpornościowy z nowej perspektywy. Pomagają nam zrozumieć, dlaczego funkcjonuje on w określony sposób – a to może pomóc w opracowaniu skuteczniejszych strategii walki z infekcjami, w tym tymi odpornymi na antybiotyki.”
Nowe odkrycia mogą mieć istotne znaczenie nie tylko dla biologii ewolucyjnej, ale także dla medycyny. Zrozumienie, jak organizmy dostosowują swoje mechanizmy obronne do konkretnych patogenów, może pomóc w projektowaniu nowych terapii opartych na precyzyjnym celowaniu w określone mikroorganizmy, a także w lepszym wykorzystaniu mikrobiomu jako sojusznika w walce z chorobami.
Źródło: https://www.labiotech.eu/trends-news/microbiome-fight-against-infections/
