C д-ром Мартиной Шралльхаммер, руководителем стажировки с немецкой стороны, мы сотрудничаем около 10 лет и имеем несколько совместных публикаций (Castelli et al. 2016; Potekhin et al. 2018; Schrallhammer, Potekhin, 2020, in press). М. Шралльхаммер - эксперт в исследованиях необычного симбиоза между инфузориями Paramecium tertraurelia и населяющими их цитоплазму бактериями Caedibacter taeniospiralis. Наличие этих симбионтов придает инфузориям так называемые киллерные свойства - способность выделять в среду неизвестное вещество, вызывающее гибель свободных от симбионтов инфузорий. Механизм киллер-эффекта остается неизвестным. Существуют данные примерно 70-летней давности о том, что способность инфузорий поддерживать Caedibacter контролируется моногенно (Sonneborn, 1943; Chao, 1954), но неизвестно и то, связана ли генетически эта способность с устойчивостью инфузорий-киллеров к собственному киллер-эффекту. Также совершенно неизвестен механизм горизонтального расселения неинфекционных Caedibacter в популяциях инфузорий-хозяев. Одной из возможностей такого расселения является передача бактерий от клетки к клетке при половом процессе инфузорий, когда между партнерами по конъюгации формируется достаточно широкий цитоплазматический мостик, по которому мигрируют гаметические ядра. Мы планируем проведение экспериментов по проведению конъюгации между зараженными и незараженными Caedibacter инфузориями Paramecium tetraurelia (методика постановки конъюгации отработана в нашей группе) с двумя целями: 1) отслеживание передачи бактерий от содержащего симбионтов партнера к не содержащему с помощью световой и флуоресцентной микроскопии; 2) проведение генетического анализа способности инфузорий поддерживать симбионтов и их резистентности к киллер-эффекту. Всего несколько групп в мире (в России только наша) владеют методиками и достаточным материалом для проведения скрещиваний и генетического анализа у Paramecium. Группа М. Шралльхаммер обладает несколькими изолятами Caedibacter taeniospiralis, отсутствующими в нашей коллекции культур, имеет большой опыт в выявлении симбионтов в клетках инфузорий с помощью флуоресцентной гибридизации in situ (FISH), а также несколько лет успешно исследует механизмы поддержания симбиоза Paramecium-Caedibacter.
В ходе поездки мы сфокусировались в первую очередь на выяснении возможности передачи симбиотических бактерий от зараженной инфузории к незараженной при половом процессе. Для анализа выбрали несколько клонов Paramecium tetraurelia, содержащих бактерии Caedibacter taeniospiralis и Caedimonas varicaedens. Путем постановки конъюгаций между зараженными и незараженными линиями парамеций и проверки конъюгирующих пар и потомства с помощью FISH мы показали, что, действительно, перенос бактерий от клетки к клетке при конъюгации имеет место, причем является достаточно редким событием (его наблюдали не во всех исследованных комбинациях; там, где его удалось документировать, явление наблюдалось примерно в 15% пар). Мы также фенотипически исследовали киллер-эффект нескольких изолятов Caedibacter и Caedimonas, и выяснили, какие из клонов Paramecium демонстрировали устойчивость к киллер-эффекту. Это станет базой для проведения дальнейших экспериментов по генетике киллер-эффекта, которые мы будем проводить далее на базе СПбГУ.
Параллельно мы выполнили еще две исследовательские задачи, не внесенные изначально в план работ (эти задачи возникли в период между подачей заявки на грант и собственно визитом в Германию); их удалось решить, объединив усилия двух наших групп. Мы сумели молекулярными методами охарактеризовать очень редкую эпибиотическую бактерию, нападающую на Paramecium calkinsi и размножающуюся на поверхности этой инфузории, приводя ее к гибели. Эта бактерия относится к семейству Deianiraeaceae и является лишь вторым обнаруженным «живым» представителем этого семейства. Также мы показали, что при искусственном нарушении «тройного» симбиоза между Paramecium bursaria, цитоплазматическими микроводорослями, обитающими в клетках этих парамеций, и симбиотическими цитоплазматическими, ранее неописанными, бактериями из семейства Holosporaceae, происходит замена бактериального партнера в этой сложной системе. После обработки парамеций антиалгальным антибиотиком из инфузорий исчезли не только водоросли, но и первичные симбионты, и на их место пришли бактерии из другой группы, представители Flavobacteriiae. Это показывает сложность и «многомерность» симбиотических систем в природе; ранее таких примеров сукцессии (то есть смены) симбионтов в клетках протистов не находили.
Результаты проведенных исследований войдут в три совместных публикации в международных высокорейтинговых журналах. Также запланировано написание совместного обзора по бактериям-симбионтам инфузорий.
В рамках нашего сотрудничества коллекцию инфузорий и их симбионтов РЦ «Культивирование микроорганизмов» Научного парка СПбГУ пополнил ряд уникальных культур Paramecium и их симбионтов из коллекции группы М. Шралльхаммер.
