Новый антимикробный пептид обнаружен у клопа

Исследователи из Японии выявили антимикробный пептид, пентатомицин, в организме клопа Plautia stali — вредителя сельского хозяйства. Пентатомицин вырабатывается в организме насекомого в ответ на септический шок или даже просто укол и подавляет рост ряда грамположительных бактерий. Интересно, что этот пептид нашли также в яйцах клопа; авторы предполагают, что он играет еще какую-то роль в организме насекомого, кроме противомикробной.

Credit:
123rf.com

Антимикробные пептиды (AMP) находят у многих организмов, от одноклеточных до людей. У насекомых эти пептиды играют ключевую роль в гуморальном иммунном ответе, важном компоненте врожденного иммунитета. Гуморальный иммунный ответ состоит из трех шагов — распознавания чужеродного агента, передачи сигнала и выработки эффекторных молекул, в том числе AMP. AMP чрезвычайно разнообразны и таксон-специфичны, но их изучение важно как для разработки новых антибиотиков, так и для защиты экономически важных насекомых от микробных патогенов.

Клоп Plautia stali — вредитель многих важных сельскохозяйственных культур. Тем не менее, его часто используют в исследованиях, посвященных взаимодействию микробиома кишечника и организма-хозяина. Ученым уже много известно об этом насекомом, также существуют лабораторные протоколы для работы с ним, включая РНК-интерференцию. Исследователи из Японии выделили из клопа новый AMP — пентатомицин. Они изучили различные аспекты его функционирования в организме насекомого и продемонстрировали его противомикробную активность.

Пентатомицин идентифицировали, изучив изменение экспрессии генов в ответ на септический шок. Взрослым клопам вводили убитые повышенной температурой бактерии Escherichia coli и Micrococcus luteus, после чего секвенировали РНК насекомого. Авторы детектировали повышение экспрессии генов уже известных AMP (Defensin1 и Hemiptericin). Но они также нашли транскипт нового пептида, который назвали пентатомицин.

Гомологи пентатомицина обнаружили у клопов и жуков, но не у других насекомых. Гомологи этого AMP есть также у мечехвостов, цианобактерий и протеобактерий, что говорит о возможности горизонтального переноса этих генов. Авторы также проанализировали эволюционную динамику пентатомицина и гомологов.

Исследователи экспрессировали пентатомицин в E. coli, после чего очистили рекомбинантный белок для проверки его противомикробной активности. Белок не был эффективен против грамотрицательных бактерий, таких как E. coli, Enterobacter cloacae и Pantoea sp. C (симбионт P. stali). Однако пентатомицин подавлял рост трех грамположительных бактерий из пяти: Bacillus subtilis, Micrococcus luteus и Staphylococcus aureus, но не Enterococcus faecalis или Enterococcus faecium.

После этого авторы посмотрели, где и как экспрессируется пентатомицин. После индукции септического шока экспрессия этого пептида в теле насекомых вырастала в 100 раз. Интересно, что после инъекции соленого раствора или даже после прокола экспрессия пентатомицина возрастала до сравнимых уровней. Ученые предположили, что пептид реагирует на загрязняющие раствор бактерии и (или) на механическое повреждение.

С помощью РНК-интерференции авторы установили, что экспрессию пентатомицина регулируют гены MyD88 и Dorsal (сигнальный путь Toll), но не Imd и Relish. Однако ученые предполагают, что ответ на прокол регулирует какой-то другой сигнальный путь.

Пентатомицин играет роль в иммунном ответе клопов P. stali. Чтобы доказать это, исследователи вводили двухцепочечную РНК гена Pentatomicin в организм взрослых насекомых, что подавляло экспрессию пептида. Если таких клопов заразить S. aureus, то их смертность будет намного выше, чем у контрольных насекомых. С другой стороны, заражение E. coli было одинаково эффективным в обоих случаях, что соотносится с данными о противомикробной активности пентатомицина, полученными ранее.

Неожиданно, относительно высокий уровень пептида обнаружили в яйцах насекомого. Это удивительно, так как содержимое яиц, заключенных в оболочку, считается асептическим. Авторы предположили, что пентатомицин играет у P. stali еще какую-то роль, кроме противомикробной, однако значительное снижение его экспрессии в яйцах не повлияло на развитие насекомого или на вертикальную передачу бактерий-симбионтов. 

Источник:

Yudai Nishide, et al. A new antimicrobial peptide, Pentatomicin, from the stinkbug Plautia stali // Scientific Reports, 12, 16503 (2022), published October 03, 2022, DOI: 10.1038/s41598-022-20427-w

Добавить в избранное