Mikroby jelitowe, które potrafią wyewoluować z wrogów w przyjaciół – i to szybko

Mikrob potrafi nawet szybko wyewoluować z pasożyta w sojusznika. Kayla King z University of Oxford znalazła znakomity przykład tego zjawiska we wnętrznościach nicieni. Pokazała, że bakteria o nazwie Enterococcus faecalis, która wywołuje łagodną chorobę, może nagle zamienić się w obrońcę swojego gospodarza, jeśli napotka on groźniejsze niebezpieczeństwo,  Staphylococcus aureus.

King zaczęła od zakażania robaków albo Enterococcus, albo gronkowcem. Te dwa mikroby zachowywały się zupełnie inaczej. Enterococcus powodował łagodną infekcję, zabijając mniej niż jednego na sto robaków i to dopiero po tygodniu. W odróżnieniu od tego gronkowiec zabił połowę w ciągu jednego dnia i wszystkie pozostałe po dwóch dniach. Kiedy były zmieszane, Enterococcus chronił robaki przed swoim zjadliwszym kolegą, zmniejszając odsetek zgonów z 52 procent do 18 procent.

Żeby zobaczyć, czy ta dynamika zmienia się z upływem czasu, King wzięła kilka zainfekowanych robaków, usunęła Enterococcus z ich ciał, hodowała te mikroby przez pewien czas i podała je innemu pokoleniu robaków. Powtórzyła to 15 razy. I w każdej nowej rundzie dodawała Enerococcus do genetycznie identycznych robaków wraz z tymi samymi szczepami gronkowców.

Pod koniec eksperymentu Enterococcus stały się nadzwyczajnymi strażnikami, ocalając wszystkie poza jednym procentem swoich gospodarzy. Wyewoluowały zdolność produkowania dużych ilości ponadtlenków – wysoce reaktywnych związków tlenu, które są toksyczne dla wielu mikrobów, włącznie z gronkowcami. Enterococcus, trując swoich rywali, ratował robaki.

Zmiana zależała całkowicie od obecności gronkowców. Kiedy King wystawiła 15 pokoleń robaków na same Enterococcus, ta niezbyt szkodliwa bakteria stała się nieco bardziej szkodliwa. „Samodzielnie jest trochę pasożytem – mówi King. – Ale kiedy ma kontakt ze znacznie zjadliwszym organizmem, zmienia się po kontinuum ku bardziej dobrotliwej”.

Zaskoczyła ją szybkość ewoluowania ochraniającej mocy (już po pięciu z 15 pokoleń), całkowitość ochrony (niemal wszystkie robaki przeżyły) oraz ich szerokość działania. Podawała robakom siedem różnych szczepów gronkowców, włącznie z lekoodpornymi szczepami MRSA, które przysparzają nam, ludziom, tak wiele problemów. Ochronne szczepy Enterococcus pobiły je wszystkie.

Wiele jest przykładów mikrobów chroniących zwierzęcych gospodarzy  przed pasożytami i chorobami przez produkowanie antybiotyków. Potrafią nas także chronić po prostu przez zajmowanie miejsca lub używanie zasobów, co nie daje możliwości inwazji bardziej niebezpiecznym mikrobom, ani nie zostawia im miejsca na wzrost. „Często rozważamy sposoby, na jakie mikrobiom bezpośrednio wpływa na reakcje gospodarza na infekcje – mówi Nichole Broderick z University of Connecticut.  – Ta praca pokazuje, jak społeczność może wyewoluować cechy, które pośrednio przynoszą korzyść gospodarzowi”.

Proszę zauważyć: pośrednio. Enterococcus nie ewoluowały, by chronić robaki. Walczyły z konkurującym z nimi mikrobem, a przynosiły korzyść gospodarzowi niemal przez przypadek. Nie jest to opowieść o altruizmie ani dobrej woli, ale o przypadkowym dawaniu korzyści. (Jest to lustrzane odbicie innego efektu, o którym pisałem, gdzie mikroby stają się lepsze w szkodzeniu nam, kiedy są narażone na drapieżniki lub stresujące środowisko.)

Badanie King ilustruje dwa inne kluczowe tematy w świecie mikrobiomów. Po pierwsze, jak  podkreślałem wcześniej, jego niesłychaną zależność od kontekstu. Ta sama bakteria może być szkodliwym patogenem (mikrobem, który powoduje choroby) w jednym kontekście, ale pomocnym mutualistą, kiedy gospodarz jest atakowany przez jeszcze gorszego wroga. Podobnie, bakteria owadów, Hamiltonella, chroni mszyce przed pasożytniczymi osami i występuje powszechnie tam, gdzie jest dużo tych os; kosztuje jednak sporo swojego gospodarza i znika, kiedy nie ma os. Nie istnieją dobre bakterie i złe bakterie; żyją własnym życiem i ich wpływ na nasze życie zależy od różnego rodzaju okoliczności.

Po drugie, mikroby ewoluują szybko. Robiąc to, mogą zmienić życie gospodarzy z taką samą szybkością. Robaki w eksperymencie King nie potrzebowały ewoluować własnej obrony przeciwko gronkowcom, kiedy miały Enterococcus, by się tym zajęły. Wszystko to zdarzyło się w zaciszu laboratorium, ale łatwo jest wyobrazić sobie, jak dzikie robaki, które zjadły właściwy szczep bakterii, nagle staną się odporne na niektóre infekcje (tak samo jak niektóre owady mogą zyskać natychmiastową odporność na środki owadobójcze przez połknięcie właściwych mikrobów).

“Przyjęliśmy podejście bardzo redukcyjne - mówi King. – W przyszłości chcemy zrozumieć, jak rozgrywają się te interakcje w znacznie bardziej zróżnicowanych społecznościach”. Takich, na przykład, jak nasze ciała. Co dzieje się, kiedy tysiące gatunków rodzimych mikrobów natyka się na gronkowce i inne patogeny? Jak ewoluują w odpowiedzi?

I czy moglibyśmy odkryć sposoby kierowania tą ewolucją dla polepszenia naszego zdrowia? „To są spekulacje, ale mam nadzieję, że ludzie zaczną myśleć o możliwości manipulowania mikrobami przez użycie ich naturalnego potencjału ewolucyjnego” – mówi King.

Gut Microbes Can Evolve From Foe to Friend – And Do It Fast

Why Evolution Is True, 28 marca 2016

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska