Бактериофаги оказались способны договариваться об убийстве бактерий

Израильские ученые обнаружили, что некоторые бактериофаги (вирусы, поражающие бактерии) могут «общаться» с помощью сигнальных молекул, принимая решение о том, входить в спящее состояние или активно размножаться, разрушая зараженную бактерию. Это первый случай, когда у вирусов нашли коммуникационную систему. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.

Умеренные бактериофаги могут заражать клетки путем литического или лизогенного циклов. При литическом цикле вирус активно размножается в бактериальной клетке, вызывая ее разрушение и высвобождение синтезированных вирусных частиц. Лизогенный цикл представляет собой встраивание генома фага в бактериальную ДНК без репликации, что делает клетку устойчивой к заражению вирусом того же вида. Как правило, бактериофаги одного вида придерживаются одной из этих тактик, то есть являются или литическими, или лизогенными. Однако некоторые из них могут использовать оба цикла. Механизмы выбора такими бактериофагами тактики заражения изучены недостаточно.

Сотрудники Института имени Вейцмана в Реховоте и Израильского института биологических исследований в Нес-Ционе предположили, что бактерии могут выделять в окружающую среду химические сигналы (небольшие пептидные молекулы), предупреждающие их «родственников» о наличии бактериофага. Чтобы проверить это предположение, они засеяли питательную среду бактериями вида Bacillus subtilis, зараженными фагом phi3T, который может входить как в литический, так и в лизогенный цикл. После трех часов инкубации среду отфильтровали так, чтобы в ней остались только небольшие молекулы, но не бактерии и вирусы. Затем эту среду заселили новыми бациллами и заразили их тем же фагом. То же самое делали на чистой среде для контроля.

Оказалось, что в предварительно подготовленной среде заражение вызвало лизис гораздо меньшего числа бактерий, чем в контрольном эксперименте. Анализ среды показал, что она действительно содержит небольшие пептидные молекулы, способные проникать внутрь бактерии путем активного транспорта. Накопление этого вещества, названного «арбитриум» (от латинского arbitrium — решение), способствовало лизогении при заражении вирусом.

Анализ ДНК показал, что «арбитриум», состоящий из шести аминокислот, закодирован в геноме вируса, а не бациллы, то есть является его собственной сигнальной молекулой. Рядом с кодирующим его геном aimP обнаружился ген aimR, кодирующий внутриклеточный рецептор к «арбитриуму», а также aimХ, который проявляет антагонизм к «арбитриуму» и подавляет лизогению в пользу лизиса.

После этого исследователи нашли 112 аналогичных систем у других фагов, инфицирующих бактерии рода Bacillus. Причем их «арбитриумы» оказались строго специфичны для вирусов своего вида. По мнению ученых, аналогичные системы могут присутствовать и у других фагов, а возможно, и других вирусов, поражающих эукариот, в том числе человека. Если такие системы найдутся, они могут послужить толчком к разработке новых лекарств, переводящих вирусные инфекции в латентное состояние.

«Это должно стать революционной публикацией», — прокомментировала открытие микробиолог из Университета Лестера Марта Клоки (Martha Clokie).

Система «арбитриума» действует аналогично так называемому чувству кворума — способности ряда бактерий координировать совместное поведение при формировании биопленок и других типах совместного роста путем синтеза в среду небольших сигнальных молекул. Эти сигнальные молекулы поглощаются бактериями по тому же механизму активного транспорта, что и «арбитриум», и именно их изначально искал израильский коллектив. Подробнее о чувстве кворума рассказывается (на английском языке, можно включить русские субтитры) в видеолекции выше.

Олег Лищук