Вирус Нора мешает исследовать физиологию дрозофилы и роль ее микробиома

Плодовая мушка Drosophila melanogaster — популярный модельный объект для изучения взаимодействий между многоклеточным организмом и его микробиомом. Эпителий кишечника дрозофилы прост и состоит в основном из монослоя столбчатых полиплоидных энтероцитов (ЭЦ), а также энтероэндокринных клеток, кишечных стволовых клеток (КСК) и предшественников энтероцитов — энтеробластов. Микробиом представлен небольшим (не более двадцати) количеством видов, из которых обычно преобладают два-три — Acetobacter pomorum, Lactobacillus plantarum или Enterococcus faecalis. Состав микробиоты меняется с возрастом, а также при некоторых вирусных инфекциях (а в диких популяциях около 30% мух заражены хотя бы одним вирусом).

Один из вирусов, способных изменять состав микробиоты мух, — это энтеральный вирус Нора, который зачастую заражает лабораторные популяции дрозофил. Он не оказывает серьезного влияния на жизнеспособность хозяина и может применяться в качестве модели для изучения вирусных инфекций у насекомых. Однако международная команда ученых обнаружила, что вирус Нора может повышать чувствительность дрозофил к бактериальной инфекции и сокращать продолжительность жизни, а также усиливать действие бактерий или токсинов, попавших в кишечник.

Существует несколько моделей кишечной инфекции у дрозофилы, подходящих для изучения коинфекции вирусом Нора. Авторы настоящей работы выбрали Pseudomonas aeruginosa — эта бактерия способна преодолевать кишечный барьер и вызывать скрытую инфекцию. Первое время бактерии циркулируют в гемолимфе хозяина, а через несколько дней непрерывного питания начинают в ней размножаться и приводят к гибели насекомого.

Ранее было показано, что две линии дрозофил дикого типа Oregon-R различаются по характеру выживания в двух моделях кишечных инфекций. Линия Ore-R (SM) была более чувствительна к заражению Pseudomonas aeruginosa PA14, а также имела тенденцию к большей восприимчивости Serratia marcescens Db11 по сравнению с Ore-R (SC). При этом в отсутствие инфекции мухи линии Ore-R (SM) имели меньшую продолжительность жизни, а в их организме детектировался энтеральный вирус Нора. Других заметных различий между двумя линиями не наблюдалось.

Авторы решили проверить, может ли персистирующая инфекция вируса Нора повлиять на исход вторичного заражения патогенными бактериями. Они оценили скорость пролиферации стволовых клеток кишечника, которая в целом ускоряется при инфекции. Обнаружилось, что при заражении P. aeruginosa у Ore-R (SM) скорость роста стволовых клеток была в три раза выше, чем у Ore-R (SC) — это говорит о большей восприимчивости первой линии к бактериям.

Ученые предположили, что причиной служат полиморфизмы в гене pastrel, связанном с развитием инфекции вируса Нора. Методом ПЦР с обратной транскрипцией они выявили, что мухи линии Ore-R (SM) несут гомозиготный аллель этого гена, повышающий их восприимчивость к вирусу.

Заражая вирусом дрозофил, не инфицированных им ранее или вылеченных, авторы выяснили, что восприимчивость к бактериальной инфекции зависит от наличия вируса в организме. Мухи, зараженные вирусом Нора, были гораздо более восприимчивы к бактериям и погибали раньше, чем мухи, не не несущие вирус.

Поскольку на развитие кишечных инфекций могут влиять как питание, так и состав микробиоты, ученые провели эксперимент, в котором мух кормили стандартным кормом и кормом с повышенным содержанием дрожжей. Пероральное заражение PA14 увеличивало вирусную нагрузку в три раза на стандартном корме и в четыре раза на обогащенном корме. Мухи, питавшиеся обогащенным кормом, погибали быстрее.

При сравнении вирусной нагрузки у дрозофил различного возраста выяснилось, что у молодых мух (3–5 дней) она в четыре раза ниже, чем у старых (30–35 дней). При этом в возрасте 30–35 дней у дрозофил нарушается кишечный барьер и наблюдается дисрегуляция кишечного микробиома. Более высокая вирусная нагрузка коррелировала с более высокой скоростью деления стволовых клеток кишечника.

В условиях дефицита аминокислот (при питании раствором сахарозы) обработка антибиотиками сокращала продолжительность жизни мух, не зараженных вирусом, но при его наличии она не оказывала влияния. При полноценном питании она увеличила продолжительность жизни мух, инфицированных вирусом Нора.

Анализ проницаемости кишечник 30-дневных мух показал, что она выше у зараженных вирусом насекомых. Усиленный рост стволовых клеток может свидетельствовать о восстановлении поврежденной кишечной стенки, и авторы установили, что при попадании в кишечник P. aeruginosa бактерии активнее перемещались по нему и вызывали более выраженный иммунный ответ, если в организме мухи присутствовал вирус.

Затем исследователи окрасили ткани кишечника мух меченым антителом к вирусу Нора, чтобы определить его локализацию. Он обнаруживался в первую очередь в стволовых и прогениторных клетках кишечного эпителия. Авторы предположили, что именно их он поражает в первую очередь, оставаясь затем в латентном состоянии, но в ответ на стресс (например, инфекцию P. aeruginosa) стволовые клетки размножаются и реактивируют вирус. Его размножение в клетках, выстилающих стенку кишечника, повреждает ее и сокращает продолжительность жизни мух.

Адриен Франше, научный сотрудник Института Фрэнсиса Крика и первый автор работы, комментирует: «Наши результаты дополняют доказательства того, что кишечные вирусы могут затруднять исследования старения и физиологии кишечника у плодовых мушек, да и вообще любые исследования, которые предполагают наблюдение за выживанием мушек более восьми дней».