Вирусы использовали белок бактерии в своих целях

Ученые из Испании и США узнали, что бактериофаг vB_BsubS-Delta может использовать белок CtrA в своих целях. Вещество активно синтезируется некоторыми прокариотами, но оказалось, что вирусы сумели отслеживать уровень CtrA и менять экспрессию своих генов, исходя из ситуации. Ученые считают, что это может быть частью стратегии по выбору оптимального времени выхода вирусных частиц из клетки. Результаты исследования опубликованы в Frontiers in Microbiology.

Вирусы размножаются, используя ресурсы клетки хозяина. Некоторые из них выбирают тактику лизогенного цикла: сначала вирус прикрепляется к клетке и делает дырку на поверхности, а затем встраивает свою генетическую информацию. Она начинает работать на увеличение числа вирусных частиц, которые высвобождаются, разрушая клетку. Стать такой копировальной машиной может и гриб, и растение, и даже бактерия. Последние называют бактериофагами или просто фагами. Среди них выделяют те вирусы, которые прикрепляются не к самой клетке, а к белковым выростам на поверхности бактерии — жгутики и пили.

Чтобы успешно существовать вирусу приходится «мониторить» своего хозяина и менять планы, исходя из ситуации. Если хозяин переживает не лучшие времена фаг может спрятаться внутри, ожидая подходящих условий. Однако до конца не понятно, как именно вирус может «понять», что происходит с клеткой хозяина.

Иван Эрилл (Ivan Erill) из Университет Мэриленда и его коллеги пронаблюдали за недавно обнаруженным фагом vB_BsubS-Delta. Его особенность заключается в том, что он использует специальные выросты на поверхности бактерий — пили, для внедрения в клетку. Вирус инфицирует прокариот рода Brevundimonas. Для передвижения бактерия использует жгутики, и на ней также есть пили. Развитие этих структур, а также жизненный цикл клетки регулируется белком CtrA. При изучении vB_BsubS-Delta оказалось, что в геноме фага есть специальные последовательности, которые связываются с CtrA.

После обнаружения этого факта, ученые решили поискать похожие последовательности у других вирусов, поражающих бактерий. Оказалось, что схожие участки генома есть у других пилитропных и жгутикотропных фагов, которые при этом не являются родственниками vB_BsubS-Delta. Получается, что сразу несколько далеких друг от друга вирусов «научились» следить за уровнем CtrA.

Чтобы понять зачем это было нужно, ученые сравнили, что происходит с vB_BsubS-Delta, а также похожими на него фагами в присутствии CtrA. Выяснить это удалось с помощью бактерии Caulobacter crescentus. Прокариот синтезирует CtrA, но также есть штамм LS2195, в котором белок разрушается при повышенной температуре. Ученые внедрили и в дикий, и в чувствительный штаммы бактерии плазмиду, которая содержит гены вирусов, связывающие CtrA, а также ген синтеза бета-галактозидазы. По изменению содержания последнего исследователи и отслеживали, что происходит с генами вируса. Если встроить в плазмиду ген vB_BsubS-Delta, то содержание бета-галактозидазы выше в клетках с нарушенным синтезом CtrA. При этом активация генов других фагов, наоборот, происходит в бактериях дикого штамма, то есть с нормальным содержанием CtrA.

Авторы исследования выдвинули гипотезу, почему такое взаимодействие фагов и CtrA может быть полезно для вирусов. Концентрация белка в клетке падает, когда она готовится к делению хромосом и переходит в неподвижное состояние в виде биопленки. Тогда создается ситуация, когда, скорее всего, бактерия находится в комфортных условиях, а значит ей точно хватит ресурсов на производство вирусных частиц, и она окружена другими прокариотами, что дарит вирусу шанс заразить больше новых клеток. Тогда вирусу было бы удобно «затаиться» при большой концентрации белка и активироваться при ее падении.

Уже в процессе деления хромосом бактерия снова активно нарабатывает CtrA. Отследить момент роста концентрации белка и активироваться для вируса — это тоже удобная стратегия. Если клетке хватает ресурсов на производство новых хромосом, она точно сможет сделать достаточно вирусных частиц. Но исследователям только предстоит проверить свое предположение.

Ученые давно наблюдают за отношениями бактерий и фагов. В связи с растущей устойчивостью к антибиотикам, вирусы прокариот рассматривают в качестве альтернативных вариантов терапии или ее дополнения. Однако есть некоторые опасения, что бактериофаги могут даже навредить.

Полина Гребенкина