Идея о том, что разнообразие хозяев может ограничить вспышки болезней, не нова. Например, монокультуры сельскохозяйственных культур, которым не хватает генетического разнообразия, могут страдать от серьезных вспышек болезней, которые охватывают все население.
Но почему это?Ответ на этот вопрос дает исследование, проведенное Университетом Эксетера.
Чтобы изучить влияние разнообразия хозяев на распространение болезни, исследователи использовали вирус, который может инфицировать и убивать бактерии. Бактерии защищаются с помощью сложной иммунной системы, известной как CRISPR-Cas, которая захватывает случайные фрагменты ДНК вируса.
Эта «генетическая память» защищает бактерии от будущих инфекций.CRISPR-Cas порождает большое разнообразие, потому что каждая бактерия захватывает отдельный фрагмент вирусной ДНК. Следовательно, после воздействия вируса каждая бактерия с иммунитетом CRISPR-Cas уникальна, и поэтому разнообразие в популяции является высоким.
Это оказалось идеальным вариантом для проверки того, ограничивает ли разнообразие хозяев распространение болезни и почему.В своих экспериментах исследователи выделили отдельные бактерии и выращивали их либо в монокультуре, либо смешивали в разных популяциях. Доктор Стинеке ван Хаут вспоминает: «Вирусы могли распространяться на монокультурах, но когда отдельные бактерии были смешаны вместе, вирус вымер очень быстро.
Это выявило сильный эффект монокультуры в нашей экспериментальной системе».Затем исследователи выяснили, почему вирусы могут намного легче сохраняться в монокультурах по сравнению с различными популяциями бактериальных хозяев.
Они обнаружили, что это произошло из-за быстрой эволюции вируса, который эволюционировал, чтобы преодолеть иммунитет CRISPR-Cas в бактериальных монокультурах-хозяевах. Однако в смешанных бактериальных популяциях, которые имеют гораздо большее генетическое разнообразие в системе CRISPR-Cas, вирус не смог развиться и, следовательно, вымер. Таким образом, было показано, что способность вирусов развивать высокую инфекционность напрямую зависит от уровня генетического разнообразия хозяина.
Следовательно, смешивание монокультур вместе может повысить уровень иммунитета популяции в целом, что называется коллективным иммунитетом.Концептуальные выводы этого фундаментального исследования бактерий и их вирусов, вероятно, будут общими, и поэтому выводы могут иметь будущее применение, например, в сельском хозяйстве и природоохранной биологии.
Статья «Преимущества прокариотической адаптивной иммунной системы для создания разнообразия» опубликована в журнале Nature.