Изображение обыкновенной жабы-акушерки, запечатлённой в Пиренеях, демонстрирует самца, чьи спина и бёдра обвиты яйцами. Этот снимок, предоставленный доктором Филлипом Джервисом, иллюстрирует объект многолетнего исследования, направленного на разгадку механизмов выживания амфибий перед лицом глобальной угрозы. Учёные, занимающиеся сохранением земноводных, стремятся восстановить порядок после того, как смертельная грибковая болезнь уничтожила популяции лягушек и жаб по всему миру.
Ключевой вывод исследования, проведённого Университетским колледжем Лондона (UCL), ZSL и Имперским колледжем Лондона, заключается в том, что временные рамки развития иммунитета у амфибий играют решающую роль в их выживании после заражения. Опубликованные в журнале Nature Chemical Biology результаты проливают свет на то, как некоторые особи противостоят летальному патогену.
Хитридовый гриб Batrachochytrium dendrobatidis (Bd), вызывающий хитридиомикоз, спровоцировал катастрофическое сокращение популяций амфибий по всему земному шару. Это заболевание поражает кожу лягушек и жаб, нарушая их способность регулировать водный и солевой баланс, а также обмен минералов. Молодые земноводные, находящиеся на стадии головастиков и личинок, частично защищены, поскольку у них отсутствует богатая кератином кожа, которой питается Bd. Однако в момент метаморфоза, когда их кожные покровы ороговевают, они становятся уязвимыми для инфекции, что нередко приводит к гибели.
Для понимания причин, по которым одни популяции восстанавливаются, а другие нет, исследователи обратились к обыкновенным жабам-повитухам. Эти амфибии населяют четыре озера в Пиренеях, расположенных на территории Франции и Испании, которые пережили серьёзные вспышки Bd. В одном из водоёмов популяция жаб почти полностью исчезла, тогда как в трёх других наблюдалось восстановление численности, несмотря на то, что грибок продолжал сохраняться во внешней среде.
Ранняя иммунная защита имеет значение
Команда учёных сосредоточила внимание на антимикробных пептидах — природных веществах, вырабатываемых кожей амфибий и являющихся важным компонентом их иммунной системы. Выяснилось, что жабы из восстанавливающихся популяций начинали продуцировать эти пептиды значительно раньше, ещё на стадии головастика. К моменту достижения взрослого возраста и появления чувствительности к Bd их иммунная защита уже была полностью сформирована. Напротив, жабы из борющейся за выживание популяции производили гораздо меньше защитных пептидов на стадии головастика, что делало их менее подготовленными к встрече с грибком по мере взросления.
Ведущий автор исследования, доктор Филлип Джервис с химического факультета UCL, Института зоологии ZSL и Имперского колледжа Лондона, отметил: «Наше исследование показало, что виды, сильно пострадавшие от этой болезни, всё ещё могут выздороветь. У них есть инструменты для борьбы с инфекцией — всё зависит только от времени. Болезнь убивает жаб и лягушек, когда они превращаются из головастиков во взрослых особей. Получение зрелого иммунитета на стадии головастика помогает этим жабам выжить и сохранить популяцию». Доктор Джервис добавил: «Следующий шаг — посмотреть, какие факторы мешают этой иммунной системе рано созреть. Это может быть связано с генетикой или факторами окружающей среды, такими как температура или присутствие форели — серьёзная опасность для головастиков, которая может способствовать их более быстрому превращению во взрослых особей, чтобы они могли уплыть, а это означает меньше времени для развития их иммунной системы».
Для изучения защитных механизмов жаб исследователи применили масс-спектрометрию, анализируя смеси пептидов, секретируемых их кожей. Анализ выявил гораздо более обширную коллекцию иммунных пептидов, чем ожидалось. Из 1152 идентифицированных пептидов лишь семь были ранее задокументированы. Исследование также показало, что головастики, производящие более широкий спектр пептидов, то есть те, чья иммунная система созрела до превращения в жаб, имели гораздо больше шансов выжить, несмотря на продолжающееся присутствие Bd. Популяции же с недостаточным количеством пептидов на стадии головастика продолжали страдать от высокого уровня смертности.
Старший автор исследования, профессор Алетея Табор (UCL Chemistry), подчеркнула: «Мы обнаружили гораздо большее разнообразие пептидов, чем ожидалось. Теперь нам нужно понять, как они контролируют патогены, и некоторые из них являются противомикробными. Многие лекарства для людей изначально были найдены в природе — например, пенициллин добывался из грибов. Таким образом, эти пептиды являются новыми выводами, которые могут быть использованы для улучшения лечения».ения здоровья человека, особенно с учетом того, что у нас как вида есть проблемы с ростом устойчивости к противомикробным препаратам, что требует от нас определения нового способа лечения».
Масс-спектрометрическое исследование позволяет измерять массу молекул с исключительной силой. В этом методе исследователи использовали тандемную масс-спектрометрию в UCL Chemistry, чтобы разбить пептиды на более мелкие фрагменты, измерить эти фрагменты и реконструировать структуру каждого пептида. Этот процесс позволяет идентифицировать и секвенировать количество ранее неизвестных молекул.
Соавтор доктор Керсти Кару (UCL Chemistry) сказал: «Способность параллельно анализировать количества и тысячи молекул появилась только в последнее десятилетие». Этот подход чаще применяют в исследованиях здоровья человека, например, для того, чтобы выделить раковые клетки из нормальных тканей, но все чаще применяют и в других областях биологических исследований».
Исследование финансировалось Советом по исследованию окружающей среды Великобритании (NERC) и Leverhulme Trust.