Zakażona muszka walczy

Mało kto z nas wie, jaką potężną bronią bakteriobójczą dysponuje niepozorna muszka owocowa.

Przechodząc obok straganu z owocami, nabrałam ochoty na arbuza. Nie minęło kilka upalnych, letnich godzin, gdy w mieszkaniu wypełnionym zapachem świeżo rozkrojonego, soczystego i dojrzałego owocu zaroiło się od muszek owocowych. Niestety, walka z nimi okazała się całkowicie jałowym zajęciem, musiałam więc natychmiast docenić przeciwnika – to taki mechanizm psychologiczny, który pozwala nam poczuć się lepiej w obliczu klęski. Najpierw przypomniałam sobie ćwiczenia z genetyki na uniwerku, kiedy razem z kolegami poznawaliśmy tajniki segregacji chromosomów i krzyżowaliśmy musze „samice mutanty” z „dzikim samcem” w celu ustalenia, czy dana mutacja jest dominująca czy recesywna. Ta myśl była jednak mało pomocna – w końcu to ja decydowałam, które muszki idą do butelki po śmietanie wypełnionej owocowo-kaszkową pulpą i włożonym niczym lep papierkiem (bo podobno bez papierka muchy słabiej się mnożą). To ja je z tej eksperymentalnej „klatki” wyciągałam, „eterowałam”, liczyłam – miałam pełną kontrolę i uzyskiwałam pożądane informacje. To nie tego w tym momencie potrzebowałam! Wtedy, na szczęście, przypomniałam sobie, jak ten posiadacz 4 par chromosomów, w których mieści się ok. 10 tys. różnych genów (czyli jakieś 3,5 razy mniej niż w genomie człowieka), radzi sobie z zakażeniami.

Trzy linie obrony
Drosophila melanogaster broni się przed atakującymi je drobnoustrojami na trzy sposoby, z których dwa występują dość powszechnie w naturze (i my także je wykorzystujemy), trzeci jest natomiast szczególny. Jak wszystkie zwierzęta tkankowe, muszki mają komórki profesjonalnych fagocytów. Komórki te, tak samo jak u nas, są zawieszone we krwi, która u muszek nie jest czerwona, tylko błękitna – mamy więc do czynienia ze stworzeniem poniekąd szlachetniejszym od nas. Fagocyty muchy pożerają mikroorganizmy, ostrzegając jednocześnie pozostałe tkanki o inwazji.

Druga linia obrony to proteolityczne reakcje kaskadowe. Aktywuje je pojawienie się drobnoustrojów chorobotwórczych, a to z kolei prowadzi do koagulacji hemolimfy, co w sposób naturalny zapobiega szerzeniu się zakażenia, ponieważ wszystkie narządy muszki są obmywane przez hemolimfę. W wyniku kolejnej informacji następuje aktywacja syntezy melaniny i cytotoksycznych cząsteczek tlenu, dzięki enzymowi zwanemu fenolooksydazą. W zetknięciu z aktywnymi nadtlenkami niektóre drobnoustroje chorobotwórcze nie mają żadnych szans. Trzeci mechanizm jest najskuteczniejszy i, nie ma co ukrywać, zmusza obserwatorów do chapeau bas! Polega on na gwałtownym i zmasowanym wydzielaniu bardzo różnorodnego zestawu peptydów o właściwościach bakteriobójczych. Te antybiotyki peptydowe powstają głównie w tzw. ciele tłuszczowym, które u muszek pełni tę samą funkcję, jaką u ludzi wątroba.

Musze antybiotyki
Nie wiem, czy kiedykolwiek przemysł farmaceutyczny po nie sięgnie – ale kryzys antybiotykoterapii jest ponoć tak duży, że jeszcze wszystko może się zdarzyć. A byłoby w czym wybierać: siedem różnych rodzin antybiotyków peptydowych, niewielkich (o masie cząsteczkowej ok. 5 kDa) kationowych cząsteczek, które uszkadzają błonę komórkową drobnoustrojów. A ponieważ bakterie oddychają przez tę błonę, czyli uzyskują energię (każda z nich to jakby mitochondrium), więc w zetknięciu z tego typu peptydami mają małe szanse na przetrwanie. Idealne jest też spektrum aktywności – u muszki znajdziemy coś zarówno przeciw grzybom nitkowym (drosomycyny i miecznikowiny), bakteriom Gram-dodatnim (defensyny) i Gram-ujemnym (attacyny, dipterycyny, cekropiny i drosocyny). Połączona aktywność takiego arsenału zabije niemal każdego mikroba, który byłby na tyle szalony, żeby zadrzeć z muszką. Skąd jednak muszka owocowa wie, jak zareagować i że w ogóle powinna się bronić za pomocą produkowanych przez siebie antybiotyków?

Zaczynając trochę od końca, czyli od DNA, to te antybiotyki, jak niemal wszystkie peptydy w przyrodzie, są kodowane przez geny. One z kolei mają sekwencję promotorów, dzięki którym dochodzi do ich ekspresji. Pod względem struktury i działania sekwencja tych promotorów przypomina te aktywowane przez nasz czynnik NFκB (http://www.cellsignal.com/reference/pathway/pdfs/NF_kappaB.pdf). I w tym punkcie wspólna droga wszelkich drobnoustrojów chorobotwórczych służąca podbojowi muchy się kończy.

Jeśli atakują grzyby lub bakterie Gram-dodatnie, to czynnik aktywujący sekwencję promotorów nosi nazwę Dif, a jeśli Gram-ujemne, to Relish. Aby one wykonały swoją pracę, też muszą zostać uaktywnione. Okazuje się, że receptor, który odbiera od patogenów sygnał oznaczający: „Jesteśmy obecni, broń się!”, jest inny w przypadku grzybów i bakterii Gram-dodatnich, a inny w przypadku Gram-ujemnych. A skoro receptory są inne, to i sygnał, który mają odebrać, musi być różny. Każdy z atakujących drobnoustrojów wysyła inny sygnał – i tu zaczyna się właśnie specyficzność muszych linii obrony. Jest to zatem mechanizm immunologiczny działający specyficznie, a jak się okazuje również specyficznie indukowany, choć jest to odpowiedź bezkręgowca, czyli – z naszego „typowo ludzkiego punktu widzenia” – prymitywna.

Co cię nie zabije, to cię wzmocni
Medycyna uczyniła dziś z muszki model do badania interakcji patogen – gospodarz. W słoiku z pulpą (i papierkiem) co kilka dni rodzi się nowe pokolenie, a badane mechanizmy są zaawansowane technologicznie i jednocześnie częściowo homologiczne do struktur ssaków. Jest to dowodem na to, że zanim wykształcił się nasz układ odporności, muszki już go miały. Ostatniego wspólnego przodka mieliśmy podczas „eksplozji kambryjskiej”, czyli jakieś 500 mln lat temu. Od tego czasu ich linia Maginota rozwijała się samodzielnie, od 300 mln lat już jako system owadzi, selekcjonowana na bieżąco przez mikroby-zabójców.

Ewidentnie jednak muszka owocowa radzi sobie ze szkodnikami lepiej niż ja z jej obecnością w mojej pachnącej arbuzem kuchni. A niech tam sobie lata!