Бактерии превратили вирусную угрозу в инструмент для выживания

Учёные из Индианского университета обнаружили ранее неизвестный способ, которым бактерии могут развивать новые гены для эволюции и адаптации к угрозам. Это открытие может помочь в борьбе с «супербактериями».

Исследование, опубликованное в журнале Current Biology, описывает первый известный случай, когда бактерии «украли» генетический материал у своего злейшего врага — бактериофагов (или «фагов») — и преобразовали его для выживания. Фаги — это вирусы бактерий, настолько смертоносные, что, по оценкам, они убивают около половины всех бактерий в мировом океане каждые два дня.

«Наша работа показала, что ген, который когда-то фаги использовали как оружие против бактерий, теперь используется бактериями для правильного роста и деления», — говорит ведущий автор исследования Амелия Рэндич.

Этот ген — SpmX (известный как «Spam X»). Исследование показывает, как бактерии превратили «оружие войны в инструмент для создания жизни».

Механизм превращения

• Как и человеческие вирусы, бактериофаги вводят свой генетический материал в клетки, заставляя их производить новые вирусные частицы, которые в итоге разрывают и убивают клетки. Этот процесс называется лизисом, а токсичные ферменты, вызывающие гибель клеток, — лизинами.
• SpmX обнаружен у бактерий порядка Caulobacterales, которые отращивают длинные выросты — стебельки. Белок SpmX появляется в том месте клетки, где будет расти стебелёк, и «рекрутирует» другие белки для его формирования.
• Используя биоинформатику для сравнения генов бактерий и фагов и рентгеновскую кристаллографию для создания 3D-моделей белков, учёные выявили сходство между SpmX и последовательностями белков, производящих лизины, у бактериофагов.
• Ключевое отличие — в мутации. Аминокислоты в той области фермента, которую фаги используют для разрушения клеточной стенки, у Caulobacter утратили эту способность. Вместо этого они, по-видимому, помогают направлять SpmX к месту будущего стебелька.

«Мы обнаружили специфическую мутацию... которая снизила его эффективность [в разрушении стенки]. Его активность уменьшилась до точки, когда он больше не убивал бактерии. Это довольно удивительно», — пояснил старший автор исследования Ив Брюн.

Это преобразование, вероятно, произошло около миллиарда лет назад. Новое знание о том, как бактерии создают гены из внешнего генетического материала, может привести к разработке новых антибиотиков или улучшить использование бактерий в биотехнологиях (например, для производства инсулина, переработки пластика или генерации электричества).