Бактерии могут путешествовать на тысячи километров по всему миру

По словам ученых, бактерии могут сами путешествовать по воздуху на тысячи километров по всему миру, вместо того, чтобы перемещаться с людьми и животными. Гипотеза «воздушного моста» может пролить свет на то, как вредные бактерии получают гены устойчивости к антибиотикам.

«Наше исследование показывает, что должен существовать общепланетарный механизм, обеспечивающий обмен бактериями между далекими местами», — сказал старший автор работы Константин Северинов, главный исследователь Института микробиологии им. Ваксмана и профессор молекулярной биологии и биохимии в Школе искусства и науки в Университете Рутгерс-Нью-Брансуик.

«Поскольку изучаемые нами бактерии живут в очень горячей воде — около 160 градусов по Фаренгейту (+71^о по Цельсию) — в отдаленных местах, невозможно представить, чтобы их перемещали животные, птицы или люди», — сказал Северинов. «Их нужно транспортировать по воздуху, и это движение должно быть очень обширным, чтобы бактерии в изолированных местах имели общие характеристики».

Исследователи изучали «молекулярные воспоминания» бактерий от их столкновений с вирусами, с воспоминаниями, хранящимися в бактериальной ДНК. Как отмечается в исследовании, бактериофаги — вирусы бактерий — являются наиболее распространенными и повсеместными формами жизни на планете. Вирусы оказывают глубокое влияние на микробные популяции, структуру сообщества и эволюцию.

Ученые собрали теплолюбивые бактерии Thermus thermophilus на горе Везувий и в горячих источниках на горе Этна в Италии; в горячих источниках в регионе Эль-Татио на севере Чили и в регионе Термас-дель-Флако на юге Чили; и в горячих источниках в кальдере Узон на Камчатке.

В бактериальных клетках, зараженных вирусами, молекулярные воспоминания хранятся в специальных областях бактериальной ДНК, называемых массивами CRISPR. Клетки, которые переживают инфекции, передают воспоминания — маленькие кусочки вирусной ДНК — своим потомкам. Порядок этих воспоминаний позволяет ученым проследить историю взаимодействия бактерий с вирусами с течением времени.

Первоначально ученые полагали, что бактерии одного и того же вида, живущие в горячих источниках за тысячи километров друг от друга и, следовательно, изолированные друг от друга, будут иметь совершенно разные воспоминания о своих столкновениях с вирусами.

Это потому, что все бактерии должны иметь независимую историю вирусных инфекций. Ученые также считали, что бактерии должны очень быстро эволюционировать и становиться другими, подобно знаменитым вьюркам, которые Чарльз Дарвин наблюдал на Галапагосских островах.

«Однако мы обнаружили, что было много общих воспоминаний — идентичные кусочки вирусной ДНК, хранящиеся в том же порядке в ДНК бактерий из отдаленных горячих источников», — сказал Константин Северинов. «Наш анализ может помочь в проведении экологических и эпидемиологических исследований вредных бактерий, которые по всему миру имеют гены устойчивости к антибиотикам, а также могут рассеиваться по воздуху среди людей».

Ученые хотят проверить свою гипотезу про «Воздушный мост» путем отбора проб воздуха на разных высотах и ​​в разных точках земного шара и выявления там бактерий. Им понадобится доступ к самолетам, дронам или исследовательским воздушным шарам.

Anna Lopatina et al, Natural diversity of CRISPR spacers of Thermus : evidence of local spacer acquisition and global spacer exchange, Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences (2019). DOI: 10.1098/rstb.2018.0092