Бактерии хищники примеры. Необычные бактерии

4.2. Царство Бактерии. Особенности строения и жизнедеятельности, роль в природе. Бактерии – возбудители заболеваний растений, животных, человека. Профилактика заболеваний, вызываемых бактериями. Вирусы Основные термины и понятия, проверяемые в экзаменационной работе:

Хищные

Хищные Хищные (Carnivora) – отряд млекопитающих, некоторыми (Гексли) соединяемый под именем раздельнополых (Fissipedia) вместе с ластоногими (Pennipedia) в одну группу. Характеризуются Х. следующими признаками. Резцов с каждой стороны 3/3 клыки большие, выдающиеся; между коренными один в

Нитчатые бактерии

Хищные

Хищные животные

Хищные птицы

Хищные сумчатые

Быстрое распространение устойчивых к антибиотикам штаммов патогенных бактерий заставляет медиков и биологов искать новые подходы к борьбе с инфекциями. Одним из них может стать использование хищной бактерии Bdellovibrio . Эксперименты на личинках рыбы данио-рерио показали, что инъекция бделловибрионов повышает выживаемость личинок, зараженных патогенной бактерией Shigella flexneri . Хищный микроб проникает в клетки шигеллы и убивает их, снижая численность болезнетворных бактерий до такого уровня, с которым уже способна справиться иммунная система хозяина. При этом сами бделловибрионы не вредят здоровью рыбы. Они размножаются только в клетках своих жертв - патогенных бактерий, а затем постепенно элиминируются иммунной системой. Исследование показало принципиальную возможность эффективного применения бделловибрионов для лечения инфекций внутренних органов, вызываемых грамотрицательными бактериями.

В истории человечества был краткий миг, когда многим экспертам показалось, что проблема инфекционных заболеваний, вызываемых бактериями, решена раз и навсегда. Это было сразу после начала широкого применения антибиотиков. Но вскоре пришло разочарование: оказалось, что микробы способны быстро вырабатывать устойчивость к антибиотикам. Постепенно стало ясно, что для того, чтобы не проиграть эволюционную гонку вооружений с болезнетворными микроорганизмами, нужно не только разрабатывать новые антимикробные средства взамен тех, к которым микробы уже приобрели устойчивость, но и придумывать принципиально новые стратегии борьбы с инфекциями. В частности, большие надежды возлагаются на разработку «биологического оружия» против бактерий, то есть на использование их природных врагов, таких как бактериофаги (см.: К. Мирошников. Пожиратели бактерий ; интервью с К. Севериновым: Бактериофаги в борьбе с заражением продуктов).

Еще один естественный враг многих болезнетворных микробов - хищные бактерии, самой изученной из которых является Bdellovibrio bacteriovorus . Бделловибрионы проникают в клетку бактерии-жертвы, убивают ее (при этом клетка приобретает характерную округлую форму) и некоторое время размножаются в ней, а затем выходят на поиски новых жертв (рис. 1). В отличие от бактериофагов, обладающих высокой специфичностью (из-за этого вирус, эффективный против одного штамма патогенов, часто оказывается бесполезен против других), бделловибрионы успешно расправляются с широким кругом грамотрицательных бактерий , в том числе - с возбудителями опасных заболеваний. Bdellovibrio не использует специфические поверхностные белки жертвы для ее идентификации и не подбирает индивидуальных молекулярных «ключей» для атаки. Поэтому бактериям-жертвам должно быть труднее защититься от этого хищника, чем от антибиотика или фага (подобно тому, как мышам легче выработать устойчивость к яду, чем к кошке). Действительно, бесспорных случаев выработки у бактерий-жертв наследственной устойчивости к бделловибрионам пока не обнаружено.

Эти особенности делают бделловибрионов потенциально перспективным антибактериальным средством. Впрочем, за 53 года с момента их открытия (H. Stolp, M. P. Starr, 1963. Bdellovibrio bacteriovorus gen. et sp. n., a predatory, ectoparasitic, and bacteriolytic microorganism) дело так и не дошло до практического применения. Может быть, всё дело в том, что распространение устойчивых к антибиотикам патогенных бактерий еще не приобрело по-настоящему угрожающих масштабов. Но исследования в этом направлении потихоньку ведутся (R. E. Sockett, C. Lambert, 2004. Bdellovibrio as therapeutic agents: a predatory renaissance?).

Судя по имеющимся данным, бделловибрионы сами по себе безвредны для позвоночных. Показано, что пероральное применение бделловибрионов снижает численность сальмонелл в пищеварительном тракте цыплят (R. J. Atterbury et al., 2011. Effects of Orally Administered Bdellovibrio bacteriovorus on the Well-Being and Salmonella Colonization of Young Chicks), а введение их в легкие крыс помогает вылечить пневмонию, вызванную бактерией Klebsiella pneumoniae (K. Shatzkes et al., 2016. Predatory Bacteria Attenuate Klebsiella pneumoniae Burden in Rat Lungs). Кроме того, есть данные, указывающие на эффективность бделловибрионов как средства против глазных инфекций (R. M. Q. Shanks, D. E. Kadouri, 2014. Predatory prokaryotes wage war against eye infections).

Новое исследование британских микробиологов, результаты которого опубликованы в журнале Current Biology , впервые показало возможность эффективного применения инъекций бделловибрионов для борьбы с инфекциями внутренних органов.

Авторы работали с одним из классических объектов экспериментальной биологии - личинками рыб данио-рерио (см. также: Zebrafish). Среди достоинств этой модели - прозрачность, благодаря которой можно наблюдать за бактериями прямо внутри живых рыбок, а также редкостная живучесть, позволяющая исследователям подвергать их самым причудливым манипуляциям.

В экспериментах использовались бделловибрионы, помеченные красной флуоресцентной меткой (mCherry), и устойчивый к антибиотикам (стрептомицину и карбенициллину) штамм патогенной бактерии Shigella flexneri , помеченный зеленой меткой (GFP). Бактерий вводили в желудочек заднего мозга личинкам трехдневного возраста. У здоровых личинок в спинномозговой жидкости нет ни бактерий, ни лейкоцитов, поэтому там удобно следить за развитием инфекции и иммунным ответом.

Для начала исследователи убедились, что инъекция бделловибрионов сама по себе не вредит здоровью личинок. В отсутствие других бактерий хищные микробы не могут размножаться, и их численность в мозге постепенно снижается. Опыты с трансгенными рыбками, у которых флюоресцентными метками были помечены макрофаги и нейтрофилы , позволили установить, что эти клетки проникают в спинномозговой канал и заглатывают бделловибрионов. Впрочем, сильной воспалительной реакции при этом не возникает и жизнеспособность личинок не снижается. Через двое суток после инъекции в рыбке практически не остается бделловибрионов.

В отсутствие бделловибрионов введенная в мозг шигелла быстро размножается, что приводит к гибели 70–75% личинок в течение 72 часов. Однако если через 30–90 минут после заражения впрыснуть в мозг личинке порцию бделловибрионов, то численность шигеллы начинает снижаться, а выживаемость рыбок заметно возрастает (рис. 2). При этом бделловибрионов поначалу становится больше, потому что они размножаются внутри своих жертв, но затем, когда жертв не остается, численность Bdellovibrio тоже быстро сходит на нет.

При помощи конфокального микроскопа удалось разглядеть, что бделловибрионы в мозге живых личинок действительно атакуют шигелл и размножаются в их клетках, которые при этом приобретают характерную округлую форму (рис. 3).

Дополнительные эксперименты с рыбками, лишенными лейкоцитов (у этих рыб на ранних стадиях развития блокировали работу гена, необходимого для развития лейкоцитов), показали, что таким рыбам бделловибрионы тоже помогают бороться с инфекцией, однако наибольшая выживаемость инфицированных личинок наблюдается в том случае, если у них и иммунная система в порядке, и инъекция хищных бактерий была сделана вовремя (рис. 4).

Таким образом, иммунная система и бделловибрионы объединяют свои усилия в борьбе с патогенными бактериями. Итоговая реконструкция процессов, происходящих в мозге зараженной рыбки, показана внизу на рис. 2.

Данное исследование, наряду с другими, подтверждает, что хищные бактерии в будущем могут стать надежными помощниками медиков в борьбе с патогенными микроорганизмами, устойчивыми к антибиотикам.

Известный микробиолог из России Перфильев обнаружил в толще прудового ила странное существо. Это существо очень похоже на медленный мешочек, стенки его состояли из удлиненных клеток (100-200 штук), которые были соединены в одно целое нитями (плазмодесмами).

Эти клетки были окружены какой-то слизью, поэтому расстояние между клетками могло увеличиваться и промежутки между этими клетками становились все больше, но при этом были непроницаемыми. Эта структура могла очень сильно растягиваться, однако, все содержание изнутри не выливалось наружу.
Данный ученый назвал такого монстра просто – диктиобактер (хищная сетка бактерий).
Этот хищник плавал неторопливо в глубине водоема. И если вдруг на пути появлялась бактерия или же колония неких микроорганизмов, то это чудовище начинало наползать на свою добычу.

После этой атаки жертва попадала внутрь зловещего мешка через слизистые окошки, которые сразу же затягивались слизью. Однако данного мини-хищника не смущают и размеры его добычи. Такая сетка может заглотнуть жертв, больших в несколько раз по размеру, чем она сама.
Ученый отмечает и тот факт, когда внутрь диктиобактера попала живая спирилла, которая пыталась в течение часа вырваться из пасти хищника. За это время сетки смогли сблизиться вплоть до их исчезновения, просветы исчезли, и образовался аналог человеческого желудка.
И, как оказалось позже, жертва на самом деле переваривается внутри хищника с помощью особых ферментов, которые активно выделяются клетками чудовища. После этого клетки высасывают все питательные вещества, которые только можно обнаружить.
После того, как все полезные вещества были переварены, хищник их выбрасывает через одно из отверстий и сразу же закрывает двери за собой. Размножаются эти существа так же, как и большинство одноклеточных существ (делением на 2 равные части).
Этим же ученым были установлены в других озерах в илистых отложениях некоторые другие виды бактерий-хищников, которые отличались от диктиобактера по своему строению, однако были такими же хищниками, как и бактериальная сетка.
Например, тератобактер состоит из тысяч клеток, хотя внешне похож не на какую-то цепочку, а на ленту, захватывающую своих жертв лопастями петлеобразной формы.

Устойчивость болезнетворных микроорганизмов к антибиотикам и другим лекарственным препаратам является одной из главных проблем современного здравоохранения. Согласно статистике, более 700 тысяч человек погибает ежегодно на всем земном шаре от невосприимчивых к антибиотикам штаммов туберкулеза, малярии, гриппа и т.п. И, если не будет найдено новых эффективных препаратов, то уровень смертности от новых штаммов быстро мутирующих микробов к 2050 году будет составлять порядка 50 миллионов человек в год.

"Без эффективных антибиотиков человечество будет отброшено назад в 18-й век" - рассказывает Роберт Дж. Митчелл (Robert J. Mitchell), профессор микробиологии из корейского Национального института науки и техники (Ulsan National Institute of Science and Technology). Роберт Митчелл является одним из ученых, которые занимаются поисками и выращиванием так называемых хищных бактерий, бактерий, которые могут найти и убить невосприимчивые к антибиотикам болезнетворные микроорганизмы прямо в теле человека.

Первые такие бактерии были идентифицированы учеными в 1962 году. Они могут быть найдены в водной среде повсюду на земном шаре, некоторые из их видов уже успешно живут внутри организма человека и других животных. А специально созданные группой Роберта Митчелла бактерии-хищники BALOS (Bdellovibrio-and-like-organisms) или бактерии-вампиры, называемые так из-за их склонности к "высасыванию" внутренностей других бактерий, успешно справились с обнаружением и уничтожением пневмонии в легких больного подопытного животного.

"Эти бактерии в состоянии проникать через двойные клеточные мембраны болезнетворных бактерий и "употреблять" их внутренности" - рассказывает Митчелл, - "После потребления такой "вкусной еды" эти бактерии получают достаточно энергии для того, чтобы произвести потомство. Каждый их хищников может произвести на свет от двух до семи потомков, "употребив" лишь одну бактерию в пищу".

В настоящее время ученые еще знают не очень много для того, чтобы безошибочно программировать бактерий-хищников для борьбы со строго определенными видами микробов. А сейчас ученые, возглавляемые Митчеллом, идентифицируют всех имеющихся естественных бактерий-хищников, которые обладают "вкусовыми предпочтениями" по отношению к определенным видам болезнетворных организмов. Как только ученые находят новый вид хищников, они изолируют его и ежедневно подкармливают их микроорганизмами только одного вида. Этот процесс позволяет усилить "ориентацию" хищников и получить их количество, достаточное для введения в организм подопытных животных.

Рассчитывать на скорое начало использования бактерий-хищников по отношению к человеку не приходится совершенно. "Одним из главных препятствий этому является психологический барьер" - рассказывает Митчелл, - "Ведь далеко не каждый человек сможет адекватно отреагировать на заявление - Мы собираемся избавить вас от болезнетворных бактерий, введя вам штамм бактерий-убийц".

Второй неизвестной пока величиной пока является долговременный эффект от введения бактерий-хищников в организм. Ведь они имеют все возможности закрепиться внутри тела и стать частью его микробиологической среды. И ученые еще не знают, плохо ли это, или это принесет какую-либо пользу организму пациента? Но ответы на все эти вопросы будут найдены в ближайшем или более отдаленном будущем, а данные работы выполняются группой Митчелла в рамках программы Pathogen Predators Управления перспективных исследовательских программ Пентагона DARPA.