Бактерии обладают сложным арсеналом из более чем 200 стратегий защиты от вирусов

Исследователи из Медицинского центра UT Southwestern идентифицировали более 200 стратегий, которые используют бактерии, чтобы избежать вирусной инфекции. Их результаты, опубликованные в Cell Host & Microbe, проливают свет на микробную "гонку вооружений", которая может привести к новым подходам в борьбе с инфекционными бактериями.

"В природе существует множество стратегий защиты от фагов, о которых мы не имеем представления. Эти открытия однажды могут помочь улучшить терапию для лечения инфекций, вызванных устойчивыми к антибиотикам бактериями", — сказал Кевин Форсберг, доктор философии, доцент микробиологии.

Исследование, первая независимая публикация лаборатории Форсберга, было проведено совместно с аспирантом Луисом Родригесом-Родригесом.

Бактерии постоянно подвергаются риску заражения вирусами, известными как бактериофаги или "фаги". В ответ бактерии эволюционировали различные способы борьбы с этой угрозой, в то время как вирусы разработали стратегии для уклонения от защитных механизмов бактерий — большинство из которых остаются неохарактеризованными.

Большинство исследований по идентификации антифаговых защитных систем полагались на склонность связанных с защитой генов группироваться в бактериальном геноме. Однако ученые предполагали, что существуют сотни других неизвестных генов.

В новом исследовании ученые использовали ДНК, извлеченную из бактерий, живущих в образцах человеческих фекалий и ротовой полости, а также в образцах почвы. Разбив эту ДНК на небольшие фрагменты (примерно по 3-4 гена), исследователи вставили отдельные фрагменты в Escherichia coli — бактерию, часто используемую в качестве лабораторной модели.

Затем они выращивали эти бактерии на чашках Петри, покрытых одним из семи типов фагов, атакующих E. coli, и искали микробы, которые выжили после атаки. Это указывало на то, что вставленный фрагмент ДНК содержит ген, борющийся с фагом.

Эта стратегия выявила более 200 систем защиты от фагов, включая множество ранее неизвестных. Ближайший анализ показал, что:

• Несколько из этих генов кодировали нуклеазы — ферменты, расщепляющие нуклеиновые кислоты (ДНК или РНК).
• Несколько других кодировали ферменты, зависимые от модификации ДНК, которые расщепляют только нуклеиновые кислоты с присоединенными молекулами (сахарами, белками) — распространенная стратегия, которую используют некоторые вирусы.
• Другие гены кодировали белки на поверхности бактерий, предотвращающие связывание фагов.
• Также были найдены гены, которые, по-видимому, вызывают "абортивную инфекцию", когда бактерии становятся неактивными или погибают после заражения, чтобы защитить соседние бактерии.

Однако большинство обнаруженных генов защиты от фагов имеют неизвестные функции. Их роли планируется изучить в будущих исследованиях.