Выявление причин экологического кризиса экосистемы литорали озера Байкал

2006 год.
Губки - самый успешный вид животных на литорали озера Байкал

Бормотов А.Е. (2011) Что случилось с байкальскими губками? Наука из первых рук, №5 (41) 20 - 23
2011 год, первое обнаружение больных губок

Места обнаружения больных губок
Обнаружение розовых губок, 2011 год
Места ежегодного сбора губок,
2015 – 2019 годы

Oтносительное содержание
бактериальных групп
в микробиомах здоровых и больных губок
Изменение состава микробиомов

Места обнаружения больных губок в 2014.
Было обнаружено только два района без больных губок (выделено зеленым).

Идентификация бактерий – симбионтов в здоровых и больных губках

Культура клеток губок (примморфы)

Идентификация бактерий
в здоровых и больных губках и зараженных примморфах
Видно существенное увеличение количества бактерий
семейств Flavobacteriaceae (Flavobacterium) and
Oxalobacteraceat&Comamonadaceae
Эти виды бактерий являются типичными комменсалами
и, в норме, не приносят вреда хозяину.
НО иногда становятся
патогенами

Бактерии комменсалы используют хозяина для защиты от агрессивных факторов
окружающей среди и получения питательных веществ,
но никакой пользы организму хозяина не приносят.
Часть комменсалов являются условно-патогенными организмами, т.е. становятся патогенными только
при ослаблении хозяина.
Они используют тактику «сижу и жду», их другое название – оппортунистические патогены.
Множество оппортунистических патогенов обладает «чувствительностью к кворуму», Quorum sensing.
Quorum sensing – социальное поведение микроорганизмов, которые общаются не только друг с другом в пределах вида или рода,
но даже между отдаленными классами и царствами

Общение между микроорганизмами происходит с помощью небольших сигнальных молекул,
которые нарабатываются в клетке, постоянно диффундируют в окружающую среду и
«ощущаются, чувствуются» другими микроорганизмами, имеющими белки-сенсоры.
При небольшой концентрации сигнальных молекул ничего не происходит.
При высокой локальной концентрации бактерий (кворум!!!) количество сигнальных молекул превышает порог чувствительности рецептора и эти молекулы начинают работать
как индуктор кворума, точнее, как автоиндуктор.
Автоиндуктор изменяет регуляцию геномов, что приводит к увеличению патогенности бактерий благодаря изменению экспрессии генов, синтезу токсинов, усилению обмена генетическим материалом между клетками, образованию внеклеточных пилей и биопленок и прочному закреплению на поверхности клеток или даже к проникновению в них
и к повышению устойчивости к антибиотикам и др.
ВСЁ!
«Хозяин» не может сопротивляться массивной скоординированной атаке оппортунистов-приспособленцев и может быть уничтожен, пущен на корм многочисленным потомкам «координаторов кворума»

The diffusible signal factor (DSF), which was originally identified in Xanthomonas campestris – plant pathogen
2007

Extracellular polymeric
substance (EPS)
Composed mainly of polysaccharides, proteins, and DNA, the production of these slimes is triggered primarily by environmental signals.

Устойчивые хозяева-протисты предотвращают внутриклеточную репликацию L. pneumophila с помощью трех механизмов: предотвращение прикрепление, высвобождение в пузырьке и пищеварение.
В репликативной LCV бактерии размножаются в больших количествах (шаг 3).
Внутриклеточная репликация может быть успешной, если L. pneumophila может присоединиться к хозяину и войти в него (шаг 1)
Legionella-containing vacuole (LCV) образуется путем модификации вакуоли с везикулами, происходящими от комплекса ER-to-Golgi, и предотвращения слияния лизосом (шаг 2).
После многих циклов репликации бактерии вырываются из LCV в цитозоль, проходят пару раундов репликации и переходят в стадию передачи, синтезируют жгутики, чтобы помочь в выходе из хозяина и поиска следующего хозяина (шаг 4) ,.
Затем цикл повторяется, если бактерия встречает другого пермиссивного хозяина, в том числе человека (человеческого макрофага)
Основные хозяева легионеллы-протисты

Некоторые сигнальные молекулы распознаются не только близкородственными видами но и представителями различных царств

The diffusible signal factor (DSF), which was originally identified in Xanthomonas campestris – plant pathogen
2007

Основные базовые белки системы QS
Синтаза автоиндуктора
Сенсор автоиндуктора
Регулятор ответа
Вариабельные элементы системы QS
Регулятор ответа, вызывающий каскад изменений в экспрессии функциональных генов, обуславливающих:
прикрепление к поверхности,
образование биопленок –> устойчивость к антибиотикам,
секреция токсинов и вспомогательных соединений,
активация факторов коньюгации (обмена фрагментами ДНК),
образование внеклеточных филаментов и так дале….

Molecular architecture of the Legionella Dot/Icm T4SS
Type IV secretion system

A model for type VI secrection system
assembly and function
VgrG proteins assemble as trimers

Twitching motility
Twitching motility & secretion

Короткий фильм можно посмотреть здесь
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0213926.s001
Belikov S, Belkova N, Butina T, Chernogor L,
Martynova-Van Kley A, Nalian A, et al. (2019)
Diversity and shifts of the bacterial community associated with Baikal sponge mass mortalities.
PLoS ONE 14(3): e0213926. https://doi.org/
10.1371/journal.pone.0213926