Бактерии используют древнюю военную хитрость, чтобы перехитрить вирусы — это может помочь в борьбе с супербактериями
Ученые обнаружили новый тип иммунной защиты у бактерий E. coli, который обращает механизм вирусной инфекции против самого вируса. Система, названная в честь китайского стратега Куньмина, который использовал оружие врага для его поражения, раскрывает новый путь иммунной сигнализации. Это открытие может помочь в разработке биотехнологических инструментов и фаговой терапии как альтернативы антибиотикам.
Новое исследование, проведенное совместно Копенгагенским университетом (Дания) и Хуачжунским сельскохозяйственным университетом (Китай), показывает, что бактерии выработали аналогичную стратегию защиты против вирусных атак.
Новая иммунная система, которую исследователи назвали Kongming, позволяет атакующему вирусу самому вызвать свое поражение. Когда вирус заражает бактерию, Kongming использует собственный фермент вируса для активации смертоносной защиты, останавливающей инфекцию.
«Мы обнаружили новый противовирусный сигнальный путь у бактерий, который, по иронии, зависит от вирусного фермента для выработки сигнала тревоги, запускающего защиту, — объясняет один из руководителей исследования, доцент Рафаэль Пинилья-Редондо. — Это похоже на историю с Куньмином, который использовал производство стрел врага против них самих».
Исследователи обнаружили систему защиты Kongming в E. coli, бактерии, обычно обитающей в нашем кишечнике. Однако они также нашли варианты этой системы у разнообразных бактерий в окружающей среде, что указывает на широкое распространение этой противовирусной стратегии. Исследование опубликовано в журнале Science.
Останавливает распространение вирусов
Когда вирус атакует бактерию, ему необходимо скопировать свой генетический материал, чтобы быстро распространиться. Для этого некоторые вирусы используют специализированные ферменты — нуклеотидкиназы, которые помогают быстро производить строительные блоки для репликации генетической информации.
Защита Kongming захватывает этот фермент, чтобы произвести нечто совершенно иное — иммунную сигнальную молекулу, которая, наоборот, запускает защиту против вируса. Этот сигнал заставляет бактерию совершить самоубийство, что останавливает вирус.
«Бактерия жертвует собой, чтобы остановить вирус, — объясняет Рафаэль Пинилья-Редондо. — Умирая, она уничтожает и вирус, предотвращая распространение инфекции на другие бактерии в популяции».
Однако вирусы не беззащитны против этой стратегии. Некоторые из них выработали контрмеры в продолжающейся гонке вооружений с Kongming.
«Некоторые вирусы поняли, как обойти Kongming, — говорит Руйлян Чжао, один из соавторов работы. — Они несут специальные ферменты, которые расщепляют молекулы, необходимые для запуска системы. Это их способ "перерезать провода" сигнализации до того, как она сработает».
Больше, чем просто увлекательный биологический механизм
Бактериальные инфекции давно бросают вызов человечеству, а антибиотики долгое время были нашей главной линией обороны. Однако в последние десятилетия рост устойчивости к антибиотикам, в основном из-за их чрезмерного использования, стал серьезной глобальной проблемой здравоохранения.
Одной из перспективных альтернатив является фаговая терапия — использование вирусов, которые специфически заражают и убивают нежелательные бактерии. Но у бактерий есть широкий арсенал противовирусных стратегий, включая такие системы, как Kongming, которые могут блокировать фаговую инфекцию.
«Чтобы разработать эффективную фаговую терапию, нам необходимо понимать естественные иммунные системы, которые бактерии используют для сопротивления вирусным атакам, — говорит Рафаэль Пинилья-Редондо. — Охарактеризовав защиты, подобные Kongming, и уловки фагов для их обхода, мы сможем лучше проектировать стратегии фаговой терапии и повышать ее клинический успех».
Кроме того, молекулярный механизм, лежащий в основе Kongming, может быть использован для будущих биотехнологических применений. Сигнальная молекула, специфически активирующая систему — dITP — также связана с человеческими заболеваниями, включая рак. Поскольку иммунный эффекторный комплекс Kongming высокоспецифичен к этой молекуле, он может вдохновить на создание новых инструментов в синтетической биологии и диагностике.
«Поскольку иммунный эффекторный комплекс Kongming специфически реагирует на dITP, его можно использовать для обнаружения этого неканонического нуклеотида, — заключает Чжао. — Это открывает двери для интересных биотехнологических применений».