Парадоксы эволюции. Как наличие ресурсов и отсутствие внешних угроз приводит к самоуничтожению вида и что мы можем с этим сделать

Условно-патогенные палочки сине-зеленого гноя (Pseudomonas aeruginosa) повсеместно встречаются в среде обитания человека, где иногда появляется хоть немного воды. Оказавшись в неповрежденном кишечнике или в здоровых дыхательных путях, они ведут себя вполне тихо и безобидно, но при попадании в открытую рану становятся чудовищными монстрами, возбудителями тяжелых внутрибольничных раневых инфекций, бичом хирургических стационаров. Помимо фантастической устойчивости к антибиотикам, они обладают способностью с помощью QS самоорганизовываться в атаке на и без того уязвимые из-за раневого процесса ткани организма. Чувствительные к автоиндукторам рецепторы находятся у Ps. aeruginosa не на поверхности, а в цитоплазме, но сути дела это не меняет. Накапливаясь до поры до времени в раневом содержимом и никак не проявляя себя, достигнув определенной концентрации, эти бактерии, как слаженная штурмовая группа, скрытно сосредоточившаяся на переднем крае, одномоментно «выстреливают» залпом факторов патогенности (экзоферментов-протеаз), «взламывают» передний край обороны организма – раневую поверхность, проникают в более глубокие ткани, слабо защищенные воспалительной реакцией, и выходят на оперативный простор. Организм просто не успевает выстраивать новые рубежи обороны, что позволяет Ps. aeruginosa распространяться все дальше и дальше, оставляя за собой «выжженное» протеазами пространство. При необходимости, как по команде, палочки сине-зеленого гноя могут все разом переходить к гибкой обороне, образуя плотные биопленки, труднопроницаемые для антибактериальных веществ.

Интересно, что структурную основу активной обороны обеих противодействующих сторон – биопленок Ps. aeruginosa и лейкоцитарных NET структур, формируемых организмом по краям раны, – составляет многократно упомянутая внеклеточная структурная ДНК. Сильнодействующие внутривенные антибиотики пока позволяют, хоть и с трудом, справляться с этой страшной сине-зеленой напастью, но риск появления и сверхбыстрого распространения широкой мультирезистентности к антибиотикам у Ps. aeruginosa чрезвычайно высок. Надежды на фаготерапию также, к сожалению, малы (хотя во многих отдельных случаях она оказывается очень эффективной): псевдомонады располагают одним из самых больших арсеналов CRISPR-зависимых механизмов противофаговой устойчивости. Возможность влиять на межклеточные коммуникации, срывая координацию атак и активной обороны, в подобных ситуациях представляется весьма перспективным терапевтическим средством.

На сегодняшний день показана ведущая роль QS в следующих ситуациях кооперативного поведения бактерий:

• свечение (морские вибрионы);

• образование биопленок (Рs. aeruginosa и многие другие бактерии);

• синтез экзоферментов и других факторов вирулентности (Ps. aeruginosa, S. aureus, E. carotovora);

• синтез антибиотиков (стрептомицеты);

• агрегация клеток и формирование плодовых тел со спорами (миксобактерии);

• переход в споровые формы (бациллы и актиномицеты);

• конъюгация с переносом плазмид (энтерококки и агробактерии).

Интересно то, что у большинства бактерий с групповым поведением наличие нескольких типов автоиндукторов позволяет реализоваться нескольким стабильным статусам/паттернам экспрессии оперонов:

1) в варианте, когда превышена пороговая концентрация всех автоиндукторов;

2) в варианте, когда все индукторы находятся в концентрации ниже пороговой;

3) в промежуточных вариантах с мозаичным достижением пороговых концентраций для разных автоиндукторов (Long T. et al., 2009).