Нематода передает память о патогенных бактериях потомству

На физиологию и особенности жизненного цикла Caenorhabditis elegans влияют различные виды бактерий — как патогенные, индуцирующие стрессовые и иммунные реакции, так и полезные. Исследователи, занимающиеся изучением ассоциированных с C. elegans видов, подчеркивают — физиологическую релевантность результатов лабораторных экспериментов важно проверять в более естественных условиях, поскольку ряд процессов может происходить в дикой природе, но не в лаборатории, и наоборот. Авторы статьи в PLoS Genetics показали, что C. elegans способна избегать природных патогенов, используя для этого бактериальные малые РНК, причем это поведение избегания наследуется через несколько поколений.

Ранее исследователи из Принстонского университета обнаружили, что C. elegans может узнавать и запоминать патогенный штамм синегнойной палочки (Pseudomonas aeruginosa) РА14. При этом избегающее поведение не закодировано в генах, однако нематоды могут передавать эту информацию своему потомству в течение четырех поколений с помощью явления, называемого трансгенерационным наследованием. Было показано, что нематоды, которые питались P. aeruginosa, поглощают малую РНК Р11, которая, в свою очередь, подавляет нейрональный ген maco-1 червя, что переключает поведение нематод с привлечения к бактериям на избегание.

Тем не менее, PA14 — клинический изолят синегнойной палочки человека. Чтобы выяснить, будут ли нематоды реагировать подобным образом на других бактерий, с которыми черви сталкиваются в своей естественной среде, а также выявить роль малой РНК бактерий в этих реакциях, авторы обсуждаемой работы выбрали девять различных видов бактерий, в основном из коллекции CeMBio. В эту группу были включены бактерии, которые полезны для C. elegans, поскольку они обеспечивают рост и защиту червей, также были штаммы бактерий, которые оказывают положительное или нейтральное воздействие в зависимости от физиологических условий (Pseudomonas mendocina (MSPm1), Raoultella sp. (Jub38), Leliottia sp. (Jub66) и Acinetobacter guillouiae (Myb10), Ochrobactrum vermis (Myb71), Enterobacter hormaechi (CEN2ent1), а также три бактерии, которые являются патогенными или препятствуют росту и развитию червей (Stenotrophomonas maltophilia (Jub19), Sphingobacterium multivorum (Bigb0170) и Pseudomonas vranovensis (GRb0427).

Оказалось, что из девяти взятых в исследование штаммов только патогенный штамм P. vranovensis GRb0427 вызывает выученное избегание и наследование этого избегания: черви учатся избегать этой патогенной бактерии после контакта, и это поведение передается по наследству в течение четырех поколений. Кроме того, C. elegans, контактировавшие с P. vranovensis, также начинали избегать PA14, и наоборот — идентифицированная ранее малая РНК синегнойной палочки P11 помогала нематодам избегать P. vranovensis Grb0427. Исследователи предположили, что в избегании червями этих патогенных бактерий задействованы похожие механизмы.

Поскольку в избегании PA14 участвует ген нематоды maco-1, ученые решили проверить, влияет ли экспрессия этого гена на избегание P. vranovensis Grb0427. Они выяснили, что его нокаут подавлял избегающее поведение в отношении этой бактерии. Чтобы установить, присутствует ли в клетках P. vranovensis Grb0427 аналогичная малая РНК, они провели секвенирование бактериального генома. Таким образом исследователи идентифицировали малую РНК Pv1, которая экспрессируется в клетках P. vranovensis. Эта РНК имеет 16-нуклеотидное совпадение с экзоном гена maco-1 C. elegans. Pv1 обеспечивает избегание нематодой штамма P. vranovensis Grb0427.

Однако Pv1 также приводит к избеганию штамма P. mendocina, который служит хорошим источником пищи для нематоды. Как предполагают ученые, в этом и состоит причина, по которой прекращается избегание патогенных бактерий нематодами через несколько поколений. В дикой природе выученное избегание может защитить червей и их потомство от патогенной синегнойной палочки, но, поскольку это также способно привести к избеганию полезных бактерий, может быть польза от «забывания», когда нематоды перестанут сталкиваться с исходным патогеном.

Результаты исследования доказывают, что ранее наблюдаемое в лаборатории трансгенерационное наследование приносит пользу нематодам и в дикой природе. Ученые также подчеркивают, что данная работа дополняет понимание, как малые РНК бактерий могут регулировать взаимодействие между бактериями и их хозяевами-червями. Исследователи предполагают, что распознавание малых РНК бактерий, оказывающих аналогичный эффект, позволит глубже изучить этот новый тип взаимодействия «бактерия-хозяин» и его роль в выживании червей.

Малые РНК повышают половую привлекательность нематод в ответ на стресс