Безглазый червь различает бактерий с помощью света: новое исследование

Несмотря на полную расшифровку генома нематоды Caenorhabditis elegans(секвенирован в 1998 году), он по-прежнему полон тайн, и в начале марта в журнале Science ученые раскрыли один большой секрет: этот безглазый червь может в некотором смысле видеть, используя цвет, помогающий ему отличить токсичных и безвредных бактерий при поиске пищи.
Ранее исследователи показали, что Caenorhabditis elegans может ощущать некоторые типы света, отмечает соавтор исследования Дипон Гош, доктор биологических наук в Массачусетском технологическом институте, который начал проект, когда был аспирантом Йельского Университета. Новые результаты показывают, что черви "фактически сравнивают отношения длин волн и используют эту информацию для принятия решений", - говорит он. "Это открытие было совершенно удивительным и неожиданным".

В дикой природе C. elegans предпочитает такие среды, как богатые перегноем почвы и разлагающиеся пищевые кучи, где он питается бактериями. Известно, что червь не ест ядовитые виды Pseudomonas aeruginosa, и исследование, по словам Гоша, было проведено в связи с тем, как именно червь выбирает безопасную пищу. Изучая работы, относящиеся к этому вопросу, он узнал, что один из токсинов, выделяемых P. aeruginosa, имеет синий цвет. Кроме того, червь не всегда добывает пищу в темных подземных нишах, отмечает Гош. "Компостные кучи, конечно, находятся над землей, и это позволяет предположить, что среда червей может быть более освещенной, чем мы когда-то думали". Учитывая все это, он говорит: "Я задался вопросом, может, черви каким-то образом воспринимают цвет патогенных бактерий, и поэтому, избегают их?"

Найти ответ было непросто. В одном эксперименте Гош пытался выявить влияние цвета на червей, заменив синий токсин в одной партии P. aeruginosa на безвредный синий краситель. В другой партии он заменил его бесцветным токсином. Хотя червь избегал обычных неизмененных бактерий P. aeruginosa, он не уклонялся ни от нетоксичной синей, ни от токсичной бесцветной версии, что сбивало Гоша с толку. В конце концов, он обнаружил, что может заставить червей избегать токсичных бесцветных бактерий - освещая их среду с фильтром синего света, что позволяет предположить, что цвет действительно влиял на поведение C. elegans при кормлении.

В дальнейших экспериментах Гош обнаружил, что он может влиять на поведение червей при поиске пищи, изменяя соотношение синего и желтого света, падающего на чашку Петри. Но когда он провел тот же тест на десятках диких штаммов C. elegans, не все одинаково реагировали на аналогичные соотношения. Посредством генетического анализа Гош и его коллеги идентифицировали два гена, jkk-1 и lec-3, которые, по-видимому, участвуют в реакции на цвет. Ни один из этих генов не кодирует опсины(светочувствительные белки), которые необходимы для зрения; авторы исследования предполагают, что гены могут быть вовлечены в путь стрессовой реакции под влиянием света.

Агаровая чашка Петри с бактериями Pseudomonas aeruginosa

"Исследование помогает нам понять взаимодействие между микробами и их хозяевами, которые собирают пищу", - пишет Джи Лю, нейробиолог из Университета Монаша в Австралии, который не участвовал в исследовании. "У этого достаточно простого организма было обнаружено несколько сенсорных эффектов, что объясняет наличие сложной системы восприятия, и этот червь намного умнее, чем мы думаем".

Нейробиолог Пиали Сенгупта из Университета Брандейса говорит, что открытие у Caenorhabditis elegans специфических сигналов для обнаружения токсичных бактерий,согласуется с другими сигналами, включая обнаружение оксидов азота, испускаемыми P. aeruginosa. Она предполагает, что черви могут полагаться на разные сигналы в различных обстоятельствах, например, когда свет доступен или недоступен. «Возможно, в определенном контексте они используют комбинацию А, а затем в другом контексте используют комбинацию В», - говорит Сенгупта, которая не участвовала в работе Гоша.

Конни Чепко, биолог и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза в Гарвардской медицинской школе, изучающая клетки сетчатки, говорит, что эта работа "показала уровень интерпретации сигналов окружающей среды, которые зависят от света, что позволяет оценить, насколько важным является свет в качестве сигнала окружающего мира". Она отмечает, что "свет чрезвычайно распространен на Земле, и он содержит невероятное количество информации". "Тот факт, что мы можем видеть, а также существование различных видов белков, которые эволюционировали для захвата световых частиц, говорит о важности света как сигнала окружающей среды".