Новое понимание взаимодействия бактерий и вирусов открывает перспективы для биотехнологий и медицины

Исследование Университета Отаго, направленное на лучшее понимание взаимодействия и эволюции бактерий и их вирусов, позволит в будущем использовать их для потенциальных биотехнологических и медицинских приложений.

Исследование, возглавляемое доктором Саймоном Джексоном и доцентом Питером Файнерэном из Департамента микробиологии и иммунологии, изучало функцию иммунных систем бактерий и их влияние на коэволюцию бактерий и вирусов. Работа опубликована в ведущем научном журнале Cell Host and Microbe.

Вирусы, заражающие бактерии, называются бактериофагами (сокращенно «фаги») и являются наиболее многочисленными биологическими объектами на планете, влияющими на многие аспекты нашей жизни и глобальную экосистему.

Доктор Джексон отмечает, что война между фагами и бактериями вездесуща, и многие бактерии защищаются с помощью иммунной защиты, известной как системы CRISPR-Cas.

Исследования в этой области, особенно касающиеся функционирования бактериального иммунитета CRISPR-Cas, уже используются во всем мире во многих передовых биотехнологических приложениях, включая редактирование генов.

Бактериальный адаптивный иммунитет концептуально схож с человеческим. Бактерии должны сначала «вакцинироваться» против конкретных фагов, что включает сохранение короткого фрагмента вирусной ДНК, называемого «спейсером», который используется для распознавания и защиты от будущих инфекций.

В предыдущем исследовании команда из Отаго обнаружила, что бактерии часто приобретают «неправильные» спейсеры, известные как «соскользнувшие спейсеры» (slipped spacers). Тогда было неизвестно, функциональны ли они.

Их наблюдения показали, что эти соскользнувшие спейсеры очень эффективно усиливают иммунитет бактерий, стимулируя их к приобретению дополнительных спейсеров, нацеленных на тот же фаг. Эта неожиданная роль увеличивает иммунное разнообразие, что важно для защиты бактерий от быстро эволюционирующих фагов.

Ранее несколько групп идентифицировали появление неточно приобретенных спейсеров, но никто не рассматривал, являются ли они функциональными и какое влияние они могут оказывать на иммунитет.

Показав, что они функциональны и могут приносить пользу бактериям, исследователи раскрыли неожиданную сложность эволюционной борьбы между бактериями и фагами.

Если в будущем удастся определить, как впервые возникает иммунитет, можно будет либо предотвращать, либо способствовать ему для различных приложений.

Например, в молочной промышленности для производства сыра и йогурта полезно, чтобы у бактерий была устойчивость к фагам. В то же время, если фаги используются в качестве противомикробных средств, появление иммунитета было бы нежелательным — подобно устойчивости к антибиотикам.