Тройной симбиоз: растение, гриб, вирус

 

Удивительный пример тройного симбиоза обнаружили американские биологи, работающие в Йеллоустонском национальном парке (США), где на горячей почве вблизи геотермальных источников произрастает термостойкая трава Dichanthelium lanuginosum. Ранее было установлено, что удивительная устойчивость этого растения к высоким температурам каким-то образом связана с обитающим в его тканях грибом Curvularia protuberata. Если выращивать растение и гриб отдельно друг от друга, то ни тот ни другой организм не выдерживают длительного нагревания свыше +38 °C, однако вместе они прекрасно растут на почве с температурой +65 °C. Исследуя эту удивительную симбиотическую систему, ученые обнаружили, что в ней есть еще и третий обязательный участник - РНК-содержащий вирус, обитающий в клетках гриба. Исследователи выделили из гриба не только вирусную РНК, но и сами вирусные частицы, имеющие вид шариков диаметром около 30 нм.

Ученые решили выяснить, не оказывает ли обнаруженный вирус какого-нибудь влияния на взаимоотношения гриба и растения. Для этого они «вылечили» гриб, подвергнув его мицелий высушиванию и замораживанию при -80 °C. Эта суровая процедура приводит к разрушению вирусных частиц. Необходимые для экспериментов «безгрибные» растения выращивали из семян, с которых снимали оболочку, а затем полоскали 10-15 мин в хлорке. Затем растения заражали (или не заражали) симбиотическим грибом, капая на них из пипетки взвесь грибных спор. Оказалось, что гриб, «вылеченный» от вируса, не в состоянии сделать растение термоустойчивым. Растения с таким грибом погибали на горячей почве точно так же, как и растения без гриба.

Однако нужно было еще убедиться, что дело тут именно в вирусе, а не в каких-то побочных эффектах тех жестоких процедур, которые применялись при «лечении» гриба от вируса и освобождении растения от гриба. Для этого «вылеченные» грибы были снова заражены вирусом, а этими повторно зараженными грибами, в свою очередь, заразили «вылеченные» растения. Теперь всё было в порядке: заново собранный симбиотический комплекс отлично рос на горячей почве.

Напоследок ученые провели совсем уж смелый эксперимент, заразив «грибом термоустойчивости» совершенно другое растение, а именно, обыкновенный помидор. Были взяты четыре группы молодых томатов, по 19 растений в каждой. Первую группу заразили «дикой» формой гриба, содержащего вирус; вторую - грибом, вылеченным от вируса, а затем снова зараженным; третью - грибом, лишенным вируса; четвертую вообще оставили без грибов. Затем почву, в которой росли эти помидоры, каждые сутки в течение 10 ч нагревали до +65 °C, а остальные 14 ч поддерживали температуру почвы +26 °C. Спустя 14 дней в первой группе в живых осталось 11 растений, во второй - 10, в третьей - 4, в четвертой - только 2.

Таким образом было установлено, что гриб, зараженный вирусом, способен повышать термоустойчивость не только у своего природного хозяина, однодольного растения Dichanthelium lanuginosum, но и у неродственных растений, относящихся к классу двудольных.

Каждый из отделов пищеварительного тракта человека имеет характерные для него количество и набор микроорганизмов

Их число в полости рта, несмотря на бактерицидные свойства слюны, велико (10х7-10х8 клеток на 1 мл ротовой жидкости). Содержимое желудка здорового человека натощак благодаря бактерицидным свойствам желудочного сока часто бывает стерильным, но нередко обнаруживается и относительно большое число микроорганизмов (до 10х3 на 1 мл содержимого), проглатываемых со слюной. Примерно такое же количество их в двенадцатиперстной и начальной части тощей кишки. В содержимом подвздошной кишки микроорганизмы обнаруживаются регулярно, и число их в среднем составляет 10х6 на 1 мл содержимого. В содержимом толстой кишки число бактерий максимальное, и 1 г кала здорового человека содержит 10 млрд и более микроорганизмов.

У здоровых лиц в кишечнике большую часть микроорганизмов составляют представители так называемой облигатной микрофлоры - бифидобактерии, лактобактерии, непатогенная кишечная палочка и др. На 92-95% микрофлора кишечника состоит из облигатных анаэробов.

Таким образом, в связи с анаэробными условиями у здорового человека в составе нормальной микрофлоры в толстом кишечнике преобладают (96-98 %) анаэробные бактерии:

бактероиды (особенно Bacteroides fragilis),

анаэробные молочнокислые бактерии (например, Bifidumbacterium),

клостридии (Clostridium perfringens),

анаэробные стрептококки,

фузобактерии,

эубактерии,

вейлонеллы.

И только 14% микрофлоры составляют аэробные и факультативно-анаэробные микроорганизмы:

грамотрицательные колиформные бактерии (прежде всего кишечная палочка - E.Coli), энтерококки,

стафилококки,

протеи,

псевдомонады,

лактобациллы,

грибы рода Candida,

отдельные виды спирохет, микобактерий, микоплазм, простейших и вирусов.

Микрофлора кожи. Микроорганизмы заселяют главным образом участки кожи, покрытые волосами и увлажненные потом. На участках кожи, покрытых волосами, находится около 1,5-106 клеток/см. Некоторые виды приурочены к строго определенным участкам.

Микрофлора органов дыхания. Верхние отделы дыхательных путей несут высокую микробную нагрузку - они анатомически приспособлены для осаждения бактерий из выдыхаемого воздуха. Помимо обычных негемолитических и зеленящих стрептококков, непатогенных нейссерий, стафилококков и энтеробактерий, в носоглотке можно обнаружить менингококки, пиогенные стрептококки и пневмококки. Верхние отделы дыхательных путей у новорожденных обычно стерильны.

Микрофлора мочеполовой системы. Микробный биоценоз органов мочеполовой системы более скудный. Верхние отделы мочевыводящих путей обычно стерильны; в нижних отделах доминируют Staphylococcus epidermidis, негемолитические стрептококки, дифтероиды; часто выделяют грибы родов Candida, Toluropsis и Geotrichum. В наружных отделах доминирует Mycobacterium smegmatis. Основной обитатель влагалища - B. vaginale vulgare, обладающая выраженным антогонизмом к другим микробам. При физиологическом состоянии мочеполовых путей микрофлора обнаруживается только в их наружных отделах (стрептококки, молочнокислые бактерии). Матка, яичники, семенники, мочевой пузырь в норме стерильны.

Биопленка - особая форма симбиоза в организме. Она представляет собой хорошо взаимодействующее сообщество микроорганизмов, состоящее из бактерий одного или нескольких видов, занимающих чувствительные рецепторы в макроорганизме и колонизирующие на них, а также отделенных от внешней среды структурой, являющейся производной продуктов жизнедеятельности микроорганизмов и клеток тканей, на которых они адгезируют. Специальные исследования показали, что в биопленке по-иному, в сравнении с чистыми культурами бактерий, происходят их многочисленные физиолого-биологические процессы. Сообщество организует единую генетическую систему, устанавливающую поведенческие формы для членов биопленки, определяющую их пищевые (трофические), энергетические и другие связи между собой и внешним миром. Последнее получило специальное название - «социальное поведение микроорганизмов» («quorum sensing»).

 

Симбиоз червей и бактерий

 

Группа ученых из США и Германии при помощи метагеномного анализа обнаружила и «расшифровала», возможно, самую удивительную симбиотическую систему из всех известных на сегодняшний день.

Объектом изучения стал малощетинковый червь Olavius algarvensis, обитающий в Средиземном море. Червь этот интересен прежде всего тем, что у него нет ни рта, ни кишечника, ни ануса, ни нефридиев. Некоторые другие морские черви тоже научились обходиться без органов пищеварения: например, у погонофор кишечник превратился в тяж, набитый симбиотическими бактериями, окисляющими сероводород или метан. Однако редукция еще и выделительной системы - это явление беспрецедентное для кольчатых червей. Неужели микробы-симбионты сумели заменить червю не только органы пищеварения, но и органы выделения? Безусловно, этот случай заслуживал пристального изучения.

Метагеномный анализ выявил присутствие в теле червя четырех видов симбиотических бактерий, два из которых относятся к группе гамма-протеобактерий, а два других - к дельта-протеобактериям. Обе гамма-протеобактерии, геном которых удалось реконструировать почти полностью, являются автотрофами, т.е. синтезируют органические вещества из углекислого газа. Необходимую для этого энергию они получают за счет окисления сульфида (S^2-). В качестве окислителя используется кислород, а при отсутствии кислорода - нитраты, а также некоторые органические вещества. В качестве конечных продуктов жизнедеятельности эти бактерии выделяют окисленные соединения серы (например, сульфаты).

Комменсализм. Некоторые виды микробов являются постоянными обитателями макроорганизма. Их можно находить главным образом на коже и слизистых оболочках (сарцины, стафилококки, стрептококки, кишечные палочки, пневмококки и,др.). Они живут за счет организма, не причиняя ему вреда. Такая форма сожительства называется комменсализмом.

В зависимости от характера взаимоотношений видов-комменсалов выделяют три формы:

§ синойкия (квартиранство) - одно животное (комменсал) использует другое животное (его раковину, гнездо и т. п.) в качестве убежища;

§ эпойкия (нахлебничество) - одно животное (комменсал) прикрепляется к животному другого вида или живёт возле него, которое становится «хозяином» (например, рыба-прилипала плавником-присоской прикрепляется к коже акул и других крупных рыб, передвигаясь с их помощью и питаясь остатками их трапезы);

§ энтойкия- одни животные поселяются внутри полостей других, имеющих сообщение с внешней средой.

Метабиоз ― взаимоотношение, при котором происходит смена видов микробов в одной и той же среде. Например, при брожении виноградного сока вначале развиваются дрожжи, превращающие глюкозу в спирт, затем появляются уксуснокислые бактерии, окисляющие спирт в уксусную кислоту, их сменяют плесневые грибы, переводящие кислую среду в щелочную, в которой развиваются гнилостные бактерии. И так происходит непрерывное изменение в природе.

Мутуализм ― форма взаимоотношений, при которой различные организмы извлекают взаимные выгоды. Например, в макроорганизме кишечные палочки питаются остатками пищи, а продуцируемые некоторыми их представителями витамины используются макроорганизмом для биосинтетических реакций.

Сателлизм. При этом взаимоотношении один из сожителей стимулирует рост другого сочлена. Например, некоторые дрожжи и сарцины, продуцирующие аминокислоты, витамины и другие вещества, обеспечивают рост микробов, требовательных к питательным средам.

Синергизм. В условиях микробной ассоциации усиливаются физиологические функции членов этой ассоциации. К категории синергистов относятся дрожжи, спирохеты, уксусно-кислые бакте-' рии, фузобактерии и др.

Вирофория представляет собой совместное существование некоторых бактерий, дрожжей и дрожжеподобных грибков с вирусами. Например, при хроническом тонзиллите принимают участие в инфекционном процессе гемолитические стрептококки и аденовирусы. Лизогенные бактерии долго сохраняют в своем теле фаги.

Паразитизм ― состояние симбиоза, при котором один организм живет за счет другого и наносит ему вред, вызывая различные формы инфекции. В основе инфекционного процесса лежит паразитизм. Паразит использует хозяина как источник питания, среды обитания. Таким образом, комар является непостоянным паразитом, хотя в этом случае взаимодействие между организмами носит эпизодический характер, самки комаров потребляют кровь хозяина. В сфере медицинской паразитологии термин «паразит <http://www.bitcapark.ru/mwiki/index.php?title=%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%B8%D1%82&action=edit&redlink=1>«означает эукариотический <http://www.bitcapark.ru/mwiki/index.php?title=%D0%AD%D1%83%D0%BA%D0%B0%D1%80%D0%B8%D0%BE%D1%82> патогенный <http://www.bitcapark.ru/mwiki/index.php?title=%D0%9F%D0%B0%D1%82%D0%BE%D0%B3%D0%B5%D0%BD> организм. Грибы <http://www.bitcapark.ru/mwiki/index.php?title=%D0%93%D1%80%D0%B8%D0%B1%D1%8B> не обсуждаются в учебниках медицинской паразитологии, хотя они являются эукариотами. Различают эктопаразитизм <http://www.bitcapark.ru/mwiki/index.php?title=%D0%AD%D0%BA%D1%82%D0%BE%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%B8%D1%82%D0%B8%D0%B7%D0%BC&action=edit&redlink=1>, при котором паразит обитает на хозяине и связан с его покровами (блохи <http://www.bitcapark.ru/mwiki/index.php?title=%D0%91%D0%BB%D0%BE%D1%85%D0%B8>, вши <http://www.bitcapark.ru/mwiki/index.php?title=%D0%92%D1%88%D0%B8&action=edit&redlink=1> и др.), и эндопаразитизм, при котором <http://www.bitcapark.ru/mwiki/index.php?title=%D0%A0%D0%B0%D0%B7%D0%B8%D1%82%D0%B8%D0%B7%D0%BC,_%D0%BF%D1%80%D0%B8_%D0%BA%D0%BE&action=edit&redlink=1> паразит живет в теле хозяин <http://www.bitcapark.ru/mwiki/index.php?title=%D0%92_%D1%82%D0%B5%D0%BB%D0%B5_%D1%85%D0%BE%D0%B7%D1%8F%D0%B8%D0%BD&action=edit&redlink=1>а (паразитические черви, простейшие и др.). Пути возникновения паразитизма в эволюции разнообразны. Источником его может быть Квартирантство <http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/94646/%D0%9A%D0%B2%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%B8%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%82%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE>, Хищничество <http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/147410/%D0%A5%D0%B8%D1%89%D0%BD%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE>, Комменсализм <http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/97322/%D0%9A%D0%BE%D0%BC%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%81%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%B7%D0%BC>, Симбиоз <http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/132326/%D0%A1%D0%B8%D0%BC%D0%B1%D0%B8%D0%BE%D0%B7>, случайное поселение одного организма на теле другого, заглатывание и др. Паразиты часто (но не всегда) приносят более или менее существенный вред хозяину и вызывают различные заболевания человека, животных и растений. Изучением Паразитизма и разработкой мер борьбы с паразитами занимаются Паразитология <http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/118444/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%B8%D1%82%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F>, Микробиология <http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/109036/%D0%9C%D0%B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F>, Вирусология <http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/74712/%D0%92%D0%B8%D1%80%D1%83%D1%81%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F> и Фитопатология <http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/144978/%D0%A4%D0%B8%D1%82%D0%BE%D0%BF%D0%B0%D1%82%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F>.

Вирусы являются облигатными паразитами <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%B1%D0%BB%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%B8%D1%82%D1%8B> - они не способны размножаться вне клетки. Вирусы <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B8%D1%80%D1%83%D1%81%D1%8B> - сборная группа, не имеющая общего предка. В настоящее время существует несколько гипотез, объясняющих происхождение вирусов.

Интенсивность развития инфекционного процесса в ряде случаев зависит от количества патогенных микробов, проникших в организм. Определенное количество патогенного вида микробов, способное вызывать инфекционный процесс, называется инфицирующей дозой. Этот фактор имеет количественное значение, но взаимодействует с другими факторами. Однако чем больше инфицирующая доза микроорганизмов, тем больше вероятность-развития инфекции. Но это бывает не всегда так. Многое зависит от вирулентности микробов и резистентности тканей, с которыми они вступают во взаимодействие. Можно наблюдать такое явление, когда среди миллионов бактерий появляется мутант, защищенный капсулой или обладающий более стойкими свойствами, он может оказаться способным вызывать инфекционное заболевание.