Как бактерии уклоняются от бактериофагов в организме

Фаговая терапия, использующая вирусы-бактериофаги для лечения бактериальных инфекций, — это давно существующая медицинская процедура, механизмы действия которой до сих пор плохо изучены. Учёные из Института Пастера и CNRS продемонстрировали in vivo на мышиной модели, что бактерии способны регулировать свою экспрессию генов, чтобы уклониться от многочисленных бактериофагов, присутствующих в кишечной среде. Это исследование объясняет разницу в эффективности бактериофагов между условиями in vitro и in vivo. Результаты были опубликованы в журнале Cell Host & Microbe 13 апреля 2022 года.

Бактерии и бактериофаги — самые многочисленные объекты в микробиоте кишечника человека. Хотя бактериофаги убивают бактерии, две антагонистические популяции сосуществуют в кишечнике в равновесии.

До сих пор не хватало научных данных, чтобы понять, как фаговая терапия работает in vivo. Взаимодействия между бактериями и бактериофагами, напротив, были хорошо изучены in vitro. В этих условиях бактериофаги быстро инфицируют бактерии, реплицируются и разрушают их, высвобождая новые вирусы, способные заражать другие бактерии. Однако динамика, наблюдаемая между этими двумя микроорганизмами, сильно отличается в кишечнике млекопитающих. Некоторые бактериофаги, эффективные в питательной среде, полностью неэффективны в кишечной среде.

Чтобы понять эту разницу, учёные сравнили профиль экспрессии генов (транскриптом) бактерии Escherichia coli в обоих контекстах: в питательной среде и в кишечнике. Используя этот метод, они выявили генетические регуляции, характеризующие адаптацию бактерии к кишечной среде.

Пристально изучив гены, вовлечённые в эту адаптацию, они обнаружили четыре гена, которые модулируют восприимчивость бактерии к бактериофагам. «Мы наблюдали, что определённые гены, необходимые для заражения бактериофагами, экспрессируются в кишечнике меньше, чем in vitro, тем самым защищая бактерии от бактериофагов», — прокомментировал Лоран Дебарбьё, руководитель подразделения «Бактериофаг, бактерия, хозяин» в Институте Пастера (совместное подразделение CNRS) и последний автор исследования. Учёные смогли проверить свою теорию, устранив экспрессию одного конкретного гена. Они наблюдали, что восприимчивость бактерии к бактериофагу значительно снизилась. Следовательно, бактерии в кишечнике способны сопротивляться уничтожению бактериофагами, модулируя экспрессию определённых генов, а не мутируя свой геном.

Таким образом, это исследование демонстрирует, что среда играет преобладающую роль во взаимодействиях между бактериями и бактериофагами. Эти результаты открывают путь к улучшенному использованию бактериофагов в терапевтических целях.