"Здесь был вирус": патогены отправляют друг другу сообщения
Вирусы-бактериофаги или просто фаги поражают клетки бактерий и используют их для создания своих многочисленных копий. Учёные из Израиля выяснили, что фаги способны распознавать химические сигналы своих предшественников, чтобы выбрать лучший способ атаки. Как утверждается, это открытие стало первым обнаружением системы коммуникации между вирусами, известной современной науке.
История научных открытий знает много примеров, когда исследователи находили совсем не то, что искали. Например, сотрудники датской молочной компании Danisco искали штаммы полезных молочнокислых бактерий, устойчивые к фагам, а в результате раскрыли загадку защитного механизма, который вскоре лёг в основу революционного метода редактирования геномов CRISPR/Cas9.
Команда молекулярных биологов из Института Вейцмана искала подтверждение гипотезы, согласно которой бактерии могут предупреждать своих соседей о вирусной атаке. Но в результате профессор Ротем Сорек (Rotem Sorek) и его коллеги обнаружили совершенно другие "сообщения".
Учёные знали, что бактерии "разговаривают" друг с другом при помощи обширного набора химических веществ (и не только). Это позволяет им координировать свои действия в зависимости от количества микроорганизмов, собравшихся вместе. Например, бактерии решают, пора ли им разделиться или инициировать заражение.
Но когда команда обнаружила необычный химический сигнал, оказалось, что его создаёт не бактерия сенная палочка (Bacilus subtilis), а поражающий её вирус phi3T.
Некоторые фаги могут инфицировать бактерии двумя различными способами. Чаще всего они вторгаются в клетки и начинают размножаться, пока жертва не лопнет. Но иногда вирусы закладывают бомбу замедленного действия – встраивают в геном бактерии свой генетический материал и "впадают в сон" до тех пор, пока определённые факторы не заставят их "проснуться" и начать размножение.
Учёные вводили phi3T в колбу с культурой сенной палочки и убедились в том, что вирус, как правило, сразу убивал бактерии. Затем они отфильтровали из среды все бактерии и вирусы, но сохранили небольшие молекулы белков. Вскоре на эту среду посеяли новые бактерии и снова добавили к ним phi3T. К своему удивлению исследователи обнаружили, что фаги в этом случае чаще вносили изменения в геном сенной палочки, а не убивали её как прежде.
В ходе анализа белкового материала, оставшегося от предыдущей культуры, команда Сорека выделила загадочную молекулу, получившую название arbitrium от латинского слова "выбор". Но на то, чтобы установить её роль в этом деле, потребовалось ещё два с половиной года исследований.
Оказалось, что arbitrium является коротким вирусным белком, который выходит из мёртвых инфицированных клеток. После того как многие бактерии погибли, и содержание белка в среде достигает определённого уровня, вирусы перестают убивать новые клетки и "прячутся" в их геноме.
Учёные также определили два белка в составе phi3T, которые "читают" химические сообщения предшественников и при высоком содержании arbitrium меняют характер заражения бактерий.
Дело в том, что бактериофаги не могут размножаться в отсутствие живых клеток, то есть вирусы не заинтересованы в том, чтобы уничтожить всю колонию бактерий. Поэтому белковый сигнал выполняет функцию колокола в британских пабах – уничтожаем последнюю бактерию и идём спать!
"Каждый вирус может рассчитать, сколько клеток удалось инфицировать другим вирусам и, таким образом, решить, какую стратегию лучше всего использовать в данный момент времени, – говорит Сорек в пресс-релизе. – В начале инфекции вирусам выгодно быстро размножаться, убивая клетки, но, если они перестараются, для будущих поколений не останется бактерий для заражения".
Во время предоставленной "передышки" бактерии восстанавливают свою численность, после чего инфицирование набирает новую силу.
Сорек и его коллеги уже обнаружили более ста разновидностей белковых вирусных сигналов, информация о которых была оставлена в геноме бактерий рода бацилл. Это свидетельствует о том, что фаги "говорят" на разных "языках" и понимают только те сигналы, что оставили вирусы того же вида.
Теперь учёные планируют выяснить, существует ли подобная коммуникация у вирусов, которые заражают более сложные организмы, в том числе людей. Такие вирусы, как ВИЧ и герпес, могут вызывать как острые летальные, так и вялотекущие инфекции. И если у медиков появится препарат, способный быстро переводить вирус в "режим ожидания", это станет новым словом в лечении многих инфекционных заболеваний.
Подробные результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Добавим, что ранее корреспонденты "Вести.Наука" рассказывали об общении между собой самих бактерий, в том числе на ощупь. Кроме того, учёными было доказано, что микроорганизмы помогают коммуникации своих хозяев — гиен и тараканов.