Цианобактерии, динофоагелляты и ботулиновая палочка – активные хищники.

Тип статьи: обзорно-научная.

Тема статьи: обоснование гипотезы об активном хищничестве бактерий (цианобактерий, динофлагеллят и ботулиновой палочки) выделяющих опасные для животных яды.

Научная новизна: никто не рассматривал токсины бактерий как средство не защиты, а прямого нападения с целью добычи пищи.

В этой статье осветится тема, которую экологи не рассматривали раньше. Бактерии всегда воспринимаются обывателем и научным сообществом как либо источник заболеваний, либо как микрофлора-симбиоты, либо как редуценты, разлагающие остатки мёртвых организмов наравне с грибами всех видов. Исключения редки. Динофлагелляты вообще записывают в фитопланктон, и всё.

Однако в данном случае выдвигается гипотеза, что бактерии и динофлагелляты могут быть активными хищниками, а свой малый размер и одноклеточность возмещают образованием биоплёнок и прочего т. н. социального поведения. А также выделением специализированных, рассчитанных на убийство именно животных ядов. Нейротоксинов (1), которые мало воздействуют на другие ткани организма.

Морские водоросли, особенно фитопланктон, одноклеточные, могут образовать плотные, видимые полосы на поверхности воды. Некоторые виды фитопланктона, такие как динофлагелляты, содержат фотосинтетические пигменты, цвет которых варьируется от зелёного до коричневого и красного. Когда концентрация морских водорослей высока, вода кажется обесцвеченной или тёмной, причём цвет варьируется от пурпурного до почти розового, тогда как обычно она голубая или зелёная. Не всегда большая концентрация водорослей приводит к изменению цвета, и не всегда цветущая вода красная. Кроме того, красные приливы не связаны с собственно приливами, поэтому специалисты иногда используют термин «цветение воды».

Иногда красные приливы связаны с производством натуральных токсинов, которые приводят к обеднению кислородом или к другим опасным эффектам, и в общем случае описываются как вредоносное цветение водорослей. Для рыб и обитающих на дне беспозвоночных животных опасность представляют красные приливы, вызванные водорослями Karenia mikimotoi, выделяющими нейротоксин гимнодимин и другие токсины (2).

Цианобактерии — одноклеточные, нитчатые и колониальные микроорганизмы. Отличаются выдающейся способностью адаптировать состав фотосинтетических пигментов к спектральному составу света, так что цвет варьируется от светло-зелёного до тёмно-синего. Некоторые азотфиксирующие цианобактерии способны к дифференцировке — формированию специализированных клеток: гетероцист и гормогониев. Гетероцисты выполняют функцию азотфиксации, в то время как другие клетки осуществляют фотосинтез (3).

Морские и пресноводные, почвенные виды, участники симбиозов (например, в лишайнике). Составляют значительную долю океанического фитопланктона. Способны к формированию толстых бактериальных матов. Некоторые виды токсичны (выделяют такие токсины, как anatoxin-a, anatoxin-as, аплизиатоксин, цилиндроспермопсин, домоевую кислоту, микроцистин, нодулярин, неосакситоксин, сакситоксин) (3,4) и условно-патогенны (например, Anabaena). Главные участники цветения воды, которое вызывает массовые заморы рыбы и отравления животных и людей (5). Уникальное экологическое положение обусловлено наличием двух трудносочетаемых способностей: к фотосинтетической продукции кислорода и фиксации атмосферного азота (у 2/3 изученных видов).

О ботулотоксине. Вид C. botulinum образует экзотоксины, различающиеся по антигенным свойствам и по этому признаку подразделяются на серотипы. Ботулотоксины всех типов обладают сходной биологической активностью, являясь вариантами одного нейротоксина. Кроме нейротоксического действия, ботулотоксин обладает лейкотоксической, гемолитической и лецитиназной активностью. Известны 7 антигенных вариантов ботулотоксина: A, B, C (подтипы C1 и C2), D, E, F, G. Токсинообразование типов C, D, E закодировано в геноме конвертируемых бактериофагов и проявляется при интеграции профага в бактериальную хромосому; у остальных типов генетический контроль осуществляет непосредственно хромосома клетки (6).

Токсин представляет собой полипептидную цепь с одной или несколькими внутримолекулярными связями, его молекулярная масса равна 150 000, он относится к бинарным токсинам. Ботулотоксины всех типов продуцируются в виде токсичных белковых комплексов, состоящих из нейротоксина и нетоксичного белка. Белок является стабилизатором токсина, защищает его от разрушающего действия протеолитических ферментов и HCl (6,7).

Заболевания человека вызывают ботулотоксины типов A, B, E, а также F. В организме человека C. botulinum размножаются слабо и не продуцируют токсина за редким исключением. Ботулотоксин накапливается в пищевых продуктах, инфицированных спорами C. botulinum, при их прорастании, если созданы анаэробные условия (например, при консервировании). Для человека ботулотоксин — самый сильнодействующий бактериальный яд, губительно действующий в дозе 10−8 мг/кг. Споры C. botulinum выдерживают кипячение в течение 6 часов, стерилизация при высоком давлении разрушает их через 20 минут, 10%-ная соляная кислота — через 1 час, 50%-ный формалин через 24 часа (7). Ботулинический токсин типа A (B) полностью разрушается при кипячении в течение 25 минут.

В природе большинство патогенных и условно-патогенных бактерий и вирусов эволюционируют по пути уменьшения смертоносности для носителя и увеличения вирулентности, закрепления в носителе. Например, от палочки Коха избавиться — по причине внутриклеточного носительства в лейкоцитах — стопроцентно невозможно и по сей день. Однако динофлагелляты, ботулиновая палочка и цианобактерии развили именно средство целенаправленного убийства своих носителей (ботулизм безе лечения имеет стопроцентную летальность) или просто находящихся рядом с ними в водной среде (как цианобактерии и динофлагелляты).

Экологи рассматривают это как защиту всех выше перечисленных обитателей микро-макромира, кроме ботулиновой палочки, от поедания их морскими обитателями, но заморы рыб вызывают взрывной рост численности бактерий благодаря росту их биомассы за счёт питания разлагающимися трупами. «Мотивы» ботулиновой палочки, которая развивается в мясе всех видов, тоже не защитные, а пищевые, аналогично поведению ядовитых животных-хищников. А рост в анаэробной среде действительно защищает их от внешнего мира. Такие же, как это происходит у личинки жука-могильщика и трупной мухи. Но, в отличие от этих насекомых, ботулиновая бактерия добывает себе пропитание сама, убивая заражённого ей, а не просто начиная питаться мёртвым животным.

Таким образом, можно утверждать новую экологическую нишу — микроскопический охотник за макроскопической животной добычей.

Источники:

1. УДК 574.5+615.917 Т.Б. Калинникова, М.Х. Гайнутдинов, Р.Р. Шагидуллин, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, tbkalinnikova@gmail.com, ЦИАНОТОКСИНЫ — ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ОПАСНОСТЬ ДЛЯ ПРЕСНОВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ И ЗДОРОВЬЯ ЧЕЛОВЕКА

2. Филипп Сапожников, канд. биол. наук. Красного прилива цвет // Наука и жизнь. — 2021. — № 5. — С. 38-46.

3. Новый справочник химика и технолога. Радиоактивные вещества. Вредные вещества. Гигиенические нормативы / Редкол.: Москвин А. В. и др… — СПб.: АНО НПО «Профессионал», 2004. — 1142 с.

4. Новый справочник химика и технолога. Радиоактивные вещества. Вредные вещества. Гигиенические нормативы / Редкол.: Москвин А. В. и др… — СПб.: АНО НПО «Профессионал», 2004. — 1142 с.

5. Околодков Ю. Б. Dinoflagellata // Протисты: Руководство по зоологии. Часть 3 / Гл. ред. О. Н. Пугачёв. — СПб.; М.: Товарищество научных изданий КМК, 2011. — 474 с. — ISBN 978-5-87317-809-4. — С. 7-94.

6. Супотницкий М. В. Глава 1.5. Токсины патогенных бактерий // Микроорганизмы, токсины и эпидемии. — М., 2000. — 376 с

7. Куценко С. А. Бутомото Н. В. Гребенюк А. Н. Военная токсикология, радиобиология и медицинская защита / Иванов В. Б… — Фолиант, 2004. — С. 302-303. — 528 с. — ISBN 5-93929-082-5.