Біологи виявили в африканських мурах Megaponera analis, які відомі доглядом за пораненими родичами, здатність розпізнавати інфіковані та не інфіковані рани. Ба більше, залежно від стану рани, вони обробляють її протимікробними виділеннями залози на спині, що допомагає пораненому вижити та одужати. Результати дослідження опубліковані наразі у вигляді препринту на сайті bioRxiv.
Мураха M. analis несе пораненого родича назад у гніздо. ETF89 / Wikimedia Commons
29 грудня 2023 року дослідження опублікували у журналі Nature Communications.
Чому мурах запідозрили у протимікробному обробленні ран?
До винаходу антибіотиків інфекції були однією із основних причин захворюваності та смерті серед людей, і вони продовжують нею бути у світі тварин. Зараз люди можуть обробити поранення, щоб запобігти та вилікувати заражену рану, але про схожі дії у тварин відомо дуже мало. Є окремі свідчення, що ссавці можуть використовувати природні сполуки з лікувальною метою. Наприклад, ми писали, що дикі шимпанзе обробляють відкриті рани комахами, найімовірніше для їх загоєння. У використанні протимікробних сполук підозрюють також мурах Megaponera analis, які населяють африканський континент. Ці комахи є хижаками, які атакують термітів цілими рейдами, п'ята частина яких зазнає у процесі сильних пошкоджень, втрачаючи кінцівки. Але травмовані мурахи після бою відносяться родичами до гнізда, де за ними доглядатимуть. Дослідження показали, що лише 10 відсотків поранених після цього помирають протягом наступної доби, але за відсутності догляду смертність зростає до 80 відсотків. Чи справді річ у обробленні ран антимікробними речовинами, вивчали вчені Університету Лозанни із японськими та німецькими колегами.
Як пізнавали медичні навички мурах?
Спочатку вчені хотіли визначити, чи взагалі саме інфікування ран призводить до підвищеної смертності мурах. Для цього вони зібрали ґрунт із природного середовища M. analis та нанесли його на свіжі поранення кінцівок частини піддослідних комах, тоді як іншим обробили рани стерильним сольовим розчином. Через дві години у тварин, що проконтактували із ґрунтом, бактеріальне навантаження у грудях було вдвічі більшим, ніж в інших, а через 11 годин — у 100 разів більшим, водночас виживаність була меншою у сім разів. Однак, інфіковані мурахи, за якими могли доглядати родичі, значно частіше виживали, ніж ізольовані. Такої залежності від наявності догляду не спостерігали у стерильних комах.
Подальші вивчення бактерій із ґрунту показали, що найімовірнішим чинником смертності інфікованих мурах є синьогнійна паличка (Pseudomonas aeruginosa), нанесення якої призводило до 95-відсоткової смертності протягом 36 годин у мурах. Однак це було справедливо лише для ізольованих M. analis, тоді як у тих, за ким доглядали, смертність складала лише 10 відсотків і не спостерігалося суттєвого зростання бактеріального навантаження в організмі. Щоб з'ясувати, яке саме лікування проводять пораненим родичам мурахи, науковці стали фільмувати їхню поведінку протягом 24 годин.
Яке ж лікування рятує поранених комах?
На записах камер помітно, як мурахи наносять на ушкодження поранених секрет метаплевральної залози, яка розташована на спинній частині грудей. Перш ніж обробити рану, мурахи «вилизували» її, очищуючи ротовим апаратом, а потім збирали секрет із власної метаплевральної залози або ж залози самого потерпілого. Догляд за ранами із використанням виділень відбувався у 10 відсотках усіх взаємодій з ранами товаришів і тривав наполовину довше, ніж інші.
Що цікаво, було схоже, що мурахи розпізнають, які рани інфіковані, а які — ні. На це вказує те, що рани стерильних мурах обробляли секретом помітно рідше, ніж заражених. Подальші досліди вказують, що за цим може стояти різне виділення кутикулою пораненою комах сполук, що слугують обміну інформацією.
А. Розташування метаплевральної залози у мурах. В. Кількість часу, під час якого мурахи доглядали за родичами з інфікованими (червоний) та стерильними ранами (зелений). С. Частка поранених, що отримували догляд із використання секрету залози. D. Зростання синьогнійної палички в контрольному середовищі (зліва) та середовищі із додаванням секрету залози (справа). Erik. T. Frank et al. / bioRxiv, 2022
Вже й раніше було відомо, що виділення метаплевральної залози мають антимікробні властивості. Але науковці вирішили додатково перевірити в лабораторних умовах, як діє секрет на синьогнійну паличку, потенційно основний патоген поранених мурах. З'ясувалося, речовина більш ніж на 25 відсотків пригнічує ріст бактерії, всупереч тому, що збудник відомий стрімким розвитком антибіотикорезистентності. Секрет складається із близько 112 хімічних компонентів, що більше, ніж у будь-якого іншого виду мурах, і, ймовірно, це забезпечує його ефективність проти бактерій. Подальше вивчення властивостей секрету може допомогти нам у розробленні нових дієвих протимікробних засобів.
Явище оброблення ран секретом власної залози автори порівняли із тим, як ссавці вилизують поранення, обробляючи його антимікробною слиною. Однак дотепер ні в кого, окрім людей та M. analis, не виявляли здатності відрізняти заражені та незаражені рани й відповідно до цього доглядати за ними.