Бактериальные симбионты указывают клещам, когда нужно есть

Многим видам клещей необходимо питаться кровью, чтобы расти, развиваться и размножаться. Во время такого питания они могут передавать болезни своим хозяевам. Исследователи уже несколько лет знают, что лечение клещей антибиотиками, чтобы избавиться от бактерий, живущих внутри них, влияет на потребление крови, но было не ясно, почему так происходит.
Теперь исследование, опубликованное 14 сентября в журнале Cell Host & Microbe, показывает, что один из таких бактериальных симбионтов, Coxiella, влияет на потребление крови азиатским длиннорогим клещом(Haemaphysalis longicornis), участвуя в метаболизме триптофана, тем самым регулируя выработку серотонина.

Биолог Цзинвэнь Ванг и его команда из Университета Фудань в Китае первоначально поставили перед собой задачу понять влияние симбионтов на способность клещей передавать патогены. Исследователи сместили акценты, когда они обработали клещей антибиотиками, чтобы уменьшить популяцию их основного симбионта(Coxiella), и обнаружили, что большинство клещей перестали питаться.
"Поскольку питание кровью делает клещей компетентным переносчиком болезней, мы изменили свою направленность, чтобы понять влияние симбионта на регуляцию аппетита клещей", - пишет Ванг в электронном письме в The Scientist.

Команда сравнила экспрессию генов у необработанных клещей, и у тех, кого лечили тетрациклином, который истощает Coxiella, и обнаружила, что потеря симбионта изменяет активность генов, участвующих в метаболизме аминокислот. Они также определили, что геном Coxiella кодирует белки, необходимые для пути, который не встречается у животных и приводит к производству молекулы хоризмата, которая затем может быть использована для получения ароматических аминокислот, таких как триптофан.

Исследователи предположили, что нарушение синтеза триптофана может также повлиять на гормон серотонин(также известный как 5-HT), который производится из триптофана, и действительно обнаружили, что клещи, обработанные тетрациклином, имели более низкий уровень серотонина. Они также показали, что нарушение выработки и передачи серотонина у клещей с нормальной популяцией симбионтов вызывало падение уровня серотонина в крови. И наоборот, обработанные тетрациклином клещи, которым добавляли хоризмат, триптофан или серотонин, снова питались нормально.

Коксиелла(Coxiella) в основном обитает в выделительных органах и яичниках клещей, но команда обнаружила, что лечение антибиотиками не повлияло на уровень серотонина в этих тканях. Вместо этого препарат снижал уровень серотонина в средней кишке клеща и синганглионе - пучке нервов, расположенном рядом с пищеводом. Исследователи определили, что симбионт регулирует биосинтез серотонина дистанционно, выделяя хоризмат в кровеносную систему клеща.

"Из предыдущих работ мы знаем, что симбионты важны во время высокой метаболической активности, которая включает кормление и производство яиц клещей", - говорит Юваль Готлиб-Дрор, энтомолог из Еврейского университета в Иерусалиме, которая не принимала участия в новом исследовании. "Из статьи мы понимаем часть механизма: симбионт производит метаболит, который влияет на биосинтез 5-HT хозяина, - добавляет она, - но мы не знаем точного процесса".

"Серотонин на самом деле вырабатывается клещами, а не только симбионтами, потому что когда симбионт уничтожен, вы все равно видите 5-HT, только на более низком уровне", добавляет Готлиб-Дрор, "так что вопрос в том, каков реальный механизм, который делает симбионт необходимым? Кроме того, у некоторых видов клещей нет специфического симбионта", добавляет она, "так как же им удается преодолеть этот симбионтный прекурсор производства серотонина и, следовательно, питаться кровью?"

Предыдущие работы показали, что если симбиотическая бактерия обеспечивает какую-то функцию, которая критически важна для насекомого-хозяина, бактерия затем поддерживается в специальном типе клеток или ткани. "Хозяин следит за тем, чтобы бактерия не была потеряна, потому что если она будет потеряна, то хозяин не сможет выжить", - говорит эволюционный биолог Рахул Рагхаван из Техасского университета в Сан-Антонио, - "но у клещей, похоже, нет подобных структур". И по сравнению с насекомыми, которые обычно формируют долгосрочные отношения с полезными эндосимбионтами, большинство отношений клещей с ними недолговечны с точки зрения эволюционного времени, добавляет он. "Вопрос в том, что если это так важно для их питания кровью, то почему Coxiella не связана с клещами на постоянной основе".