Клещ защищается от кожной микробиоты с помощью токсина, полученного от бактерий

Клещу приходится взаимодействовать с множеством микроорганизмов, населяющих кожу человека, длительный промежуток времени. Некоторые из комменсалов кожи могут быть патогенны для членистоногого, особенно те, что находятся в непосредственной близости от места укуса. Ученые из США и Великобритании под руководством Симэй Чоу, доцента Калифорнийского университета в Сан-Франциско, выяснили, как клещ Ixodes scapularis противостоит бактериям, населяющим кожу хозяина, и почему система защиты не действует на возбудитель боррелиоза Borrelia burgdorferi, переносимую этим клещом.

В 2015 году эта команда показала, что I. scapularis приобрел антибактериальный фермент за счет горизонтального переноса генов от бактерий. Ген dae2 клеща, кодирующий эффекторную амидазу, произошел от гомологичных генов tae2 бактерий. Бактерии используют токсины Tae для разрушения клеточной стенки своих соседей-конкурентов, однако на тот момент не удалось установить, какие микроорганизмы служат мишенями для токсина клещей.

В новой работе Чоу и коллеги сравнили ферменты Tae2 и Dae2. Анализ последовательностей их генов выявил сильно различающиеся участки. Затем белок Tae2 Salmonella enterica Typhi кристаллизовали и сравнили с моделью белка Dae2. Сходство между структурами составило всего 32%, причем значительные различия были характерны для каталитической области.

Моделирование in silico показало, что Tae2 и Dae2 связываются с пептидогликаном и размещают его в каталитическом центре разными способами. Кроме того, у эукариотического белка Dae2 каталитический канал расширен. Это позволяет предположить, что фермент может взаимодействовать с большим спектром пептидогликанов. Действительно, in vitro Dae2 гидролизовал пептидогликаны и грамотрицательных, и грамположительных бактерий. Бактериальный Tae2 оказался способным деградировать клеточную стенку только грамотрицательных бактерий.

Однако при тестировании Dae 2 не на очищенных пептидогликанах, а на грамотрицательной бактерии Escherichia coli выяснилось, что эукариотический фермент не действует на нее, так как не может преодолеть наружную мембрану, за которой находится пептидогликан. Вероятно, с этим связана его неспособность напрямую убивать также снабженную внешней мембраной Borrelia burgdorferi, которую без вреда для себя переносит клещ. При этом Dae2 эффективно уничтожает грамположительные бактерии-комменсалы кожи, такие как Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus hominis и Corynebacterium propiquum.

Авторы также установили, что Dae2 секретируется вместе со слюной клеща и таким образом попадает в место укуса. При блокировании экспрессии соответствующего гена клещи оказались более подверженными стафилококковой инфекции и менее качественно питались кровью хозяина.

«Это новый способ осмысления того, как клещи взаимодействуют с микробами. Их комменсалы — наши патогены, и наши комменсалы — их патогены», — говорит доктор Чоу.