Бактериите хищници са примери. необичайни бактерии

4.2. Царството на бактериите. Характеристики на структурата и живота, роля в природата. Бактериите са причинители на болести по растенията, животните и хората. Предотвратяване на заболявания, причинени от бактерии. Вируси Основните термини и понятия, тествани в изпитната работа:

Хищнически

Хищни Хищни (Carnivora) - отряд бозайници, някои (Huxley) комбинирани под името двудомни (Fissipedia) заедно с перконоги (Pennipedia) в една група. X. се характеризират със следните признаци. Резците от всяка страна 3/3 кучешки зъби са големи, изпъкнали; между местното население

Нишковидни бактерии

Хищнически

Хищни животни

Хищни птици

Хищни торбести животни

Бързото разпространение на устойчиви на антибиотици щамове на патогенни бактерии принуждава лекарите и биолозите да търсят нови подходи за борба с инфекциите. Един от тях може да е използването на хищна бактерия Бделловибрио. Експерименти с ларви на риба зебра показват, че инжектирането на bdellovibrios увеличава степента на оцеляване на ларви, заразени с патогенна бактерия. Shigella flexneri. Хищният микроб навлиза в клетките на Shigella и ги убива, намалявайки броя на болестотворните бактерии до ниво, с което имунната система на гостоприемника вече може да се справи. В същото време самите bdellovibrios не вредят на здравето на рибата. Те се размножават само в клетките на своите жертви – патогенни бактерии, след което постепенно се елиминират от имунната система. Проучването показа фундаменталната възможност за ефективно използване на bdellovibrios за лечение на инфекции на вътрешните органи, причинени от грам-отрицателни бактерии.

Имаше кратък момент в историята на човечеството, когато на много експерти изглеждаше, че проблемът с инфекциозните заболявания, причинени от бактерии, е решен веднъж завинаги. Това беше веднага след широкото използване на антибиотици. Но скоро дойде разочарованието: оказа се, че микробите могат бързо да развият резистентност към антибиотиците. Постепенно стана ясно, че за да не се загуби еволюционната надпревара във въоръжаването с патогени, е необходимо не само да се разработят нови антимикробни агенти, които да заменят тези, към които микробите вече са придобили резистентност, но и да се измислят принципно нови стратегии за борба инфекции. По-специално, големи надежди се възлагат на разработването на "биологични оръжия" срещу бактериите, т.е. на използването на техните естествени врагове, като бактериофагите (виж: К. Мирошников. Ядци на бактерии; интервю с К. Северинов: Бактериофаги в борбата срещу замърсяването на храните).

Друг естествен враг на много патогенни микроби са хищните бактерии, най-изследваната от които е Bdellovibrio bacteriovorus. Bdellovibriones проникват в клетката на плячката бактерия, убиват я (в този случай клетката придобива характерна заоблена форма) и се размножават в нея за известно време, след което отиват в търсене на нови жертви (фиг. 1). За разлика от бактериофагите, които имат висока специфичност (поради това вирус, който е ефективен срещу един щам патогени, често се оказва безполезен срещу други), bdellovibrios успешно се справят с широк спектър от грам-отрицателни бактерии, включително патогени на опасни заболявания . Бделловибрионе използва специфични повърхностни протеини на жертвата, за да я идентифицира и не избира отделни молекулни „ключове“ за атаката. Следователно на плячката на бактериите трябва да им е по-трудно да се защитят срещу този хищник, отколкото срещу антибиотик или фаг (подобно на това как за мишките е по-лесно да развият резистентност към отрова, отколкото към котка). Всъщност все още не са открити безспорни случаи на развитие на наследствена резистентност към bdellovibrios при бактерии-жертви.

Тези характеристики правят bdellovibrios потенциално обещаващ антибактериален агент. Въпреки това, през 53-те години от откриването им (H. Stolp, M. P. Starr, 1963 г. Bdellovibrio bacteriovorusген. et sp. n., хищен, ектопаразитен и бактериолитичен микроорганизъм), въпросът така и не стигна до практическо приложение. Може би целият смисъл е, че разпространението на устойчиви на антибиотици патогенни бактерии все още не е придобито наистиназаплашителни размери. Но изследванията в тази посока се провеждат бавно (R. E. Sockett, C. Lambert, 2004 г. Бделловибриокато терапевтични средства: хищнически ренесанс?).

Въз основа на наличните данни bdellovibrios сами по себе си са безвредни за гръбначните животни. Доказано е, че пероралното приложение на bdellovibrios намалява броя на Salmonella в храносмилателния тракт на пилетата (R. J. Atterbury et al., 2011. Ефекти от перорално приложение Bdellovibrio bacteriovorusотносно благосъстоянието и колонизацията на млади пилета със салмонела), а инжектирането им в белите дробове на плъхове помага за лечението на пневмония, причинена от бактерията Klebsiella pneumoniae(K. Shatzkes et al., 2016. Хищническите бактерии отслабват Klebsiella pneumoniaeНатоварване в белите дробове на плъх). Освен това има данни, показващи ефективността на bdellovibrios като лекарство за очни инфекции (R. M. Q. Shanks, D. E. Kadouri, 2014. Хищните прокариоти водят война срещу очните инфекции).

Ново изследване на британски микробиолози, резултатите от което са публикувани в сп текуща биология, за първи път показа възможността за ефективно използване на инжекции от bdellovibrios за борба с инфекциите на вътрешните органи.

Авторите са работили с един от класическите обекти на експерименталната биология - ларвите на рибата зебра (виж също: Риба зебра). Сред предимствата на този модел е прозрачността, благодарение на която можете да наблюдавате бактериите точно в живите риби, както и рядката жизненост, която позволява на изследователите да ги подлагат на най-странни манипулации.

Експериментите са използвали bdellovibrios, белязани с червен флуоресцентен етикет (mCherry) и щам патогенни бактерии, устойчиви на антибиотици (стрептомицин и карбеницилин). Shigella flexneri, обозначен със зелен етикет (GFP). Бактериите са инжектирани в вентрикула на задния мозък на тридневни ларви. При здрави ларви в цереброспиналната течност няма бактерии или бели кръвни клетки, така че е удобно да се наблюдава развитието на инфекцията и имунния отговор там.

Като начало изследователите се увериха, че инжектирането на bdellovibrios само по себе си не вреди на здравето на ларвите. При липса на други бактерии хищните микроби не могат да се възпроизвеждат и броят им в мозъка постепенно намалява. Експериментите с трансгенни риби, при които макрофагите и неутрофилите са маркирани с флуоресцентни етикети, позволяват да се установи, че тези клетки проникват в гръбначния канал и поглъщат bdellovibrios. Въпреки това не настъпва силна възпалителна реакция и жизнеспособността на ларвите не намалява. Два дни след инжектирането в рибата практически не остават бделловибриони.

При липса на bdellovibrios, Shigella, въведена в мозъка, се размножава бързо, което води до смъртта на 70–75% от ларвите в рамките на 72 часа. Въпреки това, ако част от bdellovibrios се инжектира в мозъка на ларвите 30-90 минути след заразяването, броят на Shigella започва да намалява и степента на оцеляване на рибите значително се увеличава (фиг. 2). В същото време bdellovibrios първоначално стават по-големи, защото се размножават вътре в жертвите си, но след това, когато не останат жертви, броят Бделловибриосъщо изчезва бързо.

С помощта на конфокален микроскоп беше възможно да се различи, че bdellovibriones в мозъка на живи ларви всъщност атакуват Shigella и се размножават в техните клетки, които придобиват характерна закръглена форма (фиг. 3).

Допълнителни експерименти с риби без левкоцити (при тези риби, в ранните етапи на развитие, работата на ген, необходим за развитието на левкоцити, беше блокирана), показаха, че bdellovibrios също помагат на такива риби да се борят с инфекцията, но най-високият процент на преживяемост на заразените ларви се наблюдава, ако има и имунната система е в ред, и инжектирането на хищните бактерии е извършено навреме (фиг. 4).

Така имунната система и bdellovibrios обединяват усилията си в борбата срещу патогенните бактерии. Окончателната реконструкция на процесите, протичащи в мозъка на заразена риба, е показана по-долу на фиг. 2.

Това изследване, заедно с други, потвърждава, че хищните бактерии в бъдеще могат да станат надеждни помощници на лекарите в борбата срещу резистентните към антибиотици патогени.

Известният микробиолог от Русия, Перфилиев, откри странно същество в гъстата езерна тиня. Това същество е много подобно на бавна торба, стените му се състоят от удължени клетки (100-200 броя), които са свързани в едно цяло с нишки (плазмодесмати).

Тези клетки бяха заобиколени от някакъв вид слуз, така че разстоянието между клетките можеше да се увеличи и празнините между тези клетки ставаха все повече и повече, но в същото време бяха непроницаеми. Тази структура може да се разтегне много, но цялото съдържание отвътре не се разлива.
Този учен нарече такова чудовище просто - диктиобактер (хищна мрежа от бактерии).
Този хищник плуваше спокойно в дълбините на резервоара. И ако внезапно по пътя се появи бактерия или колония от определени микроорганизми, тогава това чудовище започва да пълзи по плячката си.

След тази атака жертвата влязла в зловещия сак през лигавите прозорци, които веднага били стегнати със слуз. Въпреки това, този мини-хищник не се смущава от размера на плячката си. Такава мрежа може да погълне жертви, няколко пъти по-големи от нея.
Ученият отбелязва и факта, когато жива спирила влезе в диктиобактера, който се опитваше да избяга от устата на хищника в продължение на час. През това време решетките успяха да се приближат, докато изчезнаха, пролуките изчезнаха и се образува аналог на човешкия стомах.
И както се оказа по-късно, плячката всъщност се усвоява вътре в хищника с помощта на специални ензими, които се секретират активно от клетките на чудовището. След това клетките изсмукват всички хранителни вещества, които могат да намерят.
След като всички полезни вещества са усвоени, хищникът ги изхвърля през една от дупките и веднага затваря вратите зад тях. Тези същества се размножават по същия начин като повечето едноклетъчни (чрез разделяне на 2 равни части).
Същият учен установява в други езера в тинести отлагания някои други видове хищни бактерии, които се различават от диктиобактер по своята структура, но са същите хищници като бактериалната мрежа.
Например teratobacter се състои от хиляди клетки, въпреки че външно не изглежда като някаква верига, а като лента, която улавя жертвите си с остриета с форма на бримка.

Резистентността на патогените към антибиотици и други лекарства е един от основните проблеми на съвременното здравеопазване. Според статистиката повече от 700 хиляди души умират годишно по света от устойчиви на антибиотици щамове на туберкулоза, малария, грип и др. И ако не бъдат открити нови ефективни лекарства, тогава смъртността от нови щамове на бързо мутиращи микроби до 2050 г. ще бъде около 50 милиона души годишно.

„Без ефективни антибиотици човечеството ще бъде хвърлено обратно в 18-ти век“, казва Робърт Дж. Мичъл, професор по микробиология в Корейския национален институт за наука и технологии (Ulsan National Institute of Science and Technology). Робърт Мичъл е един от учените, които търсят и отглеждат така наречените хищни бактерии, бактерии, които могат да намерят и убият устойчиви на антибиотици патогени направо в човешкото тяло.

Първите подобни бактерии са идентифицирани от учени през 1962 г. Те могат да бъдат намерени във водната среда по цялото земно кълбо, някои от видовете им вече успешно живеят в тялото на хора и други животни. А BALOS (Bdellovibrio-and-like-organisms) бактерии-хищници, или вампирски бактерии, специално създадени от групата на Робърт Мичъл, наречени така заради склонността им да „изсмукват“ вътрешностите на други бактерии, успешно се справят с откриването и унищожаването на пневмония в белите дробове на болен тестов субект животно.

„Тези бактерии са в състояние да проникнат през двойните клетъчни мембрани на болестотворни бактерии и да „изяждат“ вътрешността им“, казва Мичъл, да създадат от два до седем потомци, „използвайки“ само една бактерия за храна.

В момента учените все още не знаят много, за да програмират точно хищните бактерии да се борят със строго определени видове микроби. И сега учените, водени от Мичъл, идентифицират всички налични естествени бактерии хищници, които имат "вкусови предпочитания" по отношение на определени видове патогени. След като учените открият нов вид хищник, те го изолират и ежедневно ги хранят само с един вид микроорганизъм. Този процес дава възможност да се засили "ориентацията" на хищниците и да се получи достатъчен брой от тях за въвеждане в тялото на опитни животни.

Абсолютно не е необходимо да се разчита на предстоящото начало на използването на хищнически бактерии по отношение на хората. „Една от основните пречки за това е психологическата бариера,” казва Мичъл, „В края на краищата, не всеки човек ще може да отговори адекватно на твърдението – Ние ще ви отървем от патогенните бактерии, като ви инжектираме щам на бактерии убийци."

Втората неизвестна досега стойност е дългосрочният ефект от въвеждането на хищни бактерии в тялото. В крайна сметка те имат всички възможности да се закрепят в тялото и да станат част от неговата микробиологична среда. И учените все още не знаят дали това е лошо или ще донесе някаква полза за тялото на пациента? Но отговорите на всички тези въпроси ще бъдат намерени в близко или по-далечно бъдеще и тази работа се извършва от групата Mitchell като част от програмата Pathogen Predators на Службата за напреднали изследователски програми на Пентагона (DARPA).