Исследователи изучили, как бактерии «захватывают» чужую ДНК

Исследователи из Техасского университета A&M обнаружили, как некоторые бактерии интегрируют ДНК, полученную от вторгающихся врагов, в свой собственный геном, чтобы повысить шансы на выживание.

Профессор Томас К. Вуд с коллегами опубликовал результаты в журнале Nature's International Society for Microbial Ecology Journal (2009). Работа проливает свет на многомиллионолетнюю войну между бактериями и поедающими их вирусами — бактериофагами.

Обычно фаг прикрепляется к бактериальной клетке и с помощью похожего на шприц аппарата впрыскивает в неё свой генетический материал для репликации. Однако, изучая E. coli, Вуд обнаружил, что бактерии могут блокировать репликацию фага и «захватывать» его ДНК, встраивая её в свои хромосомы.

Этот новый генетический материал помогает бактериям не только побороть фаг, но и процветать. Бактерии с захваченным набором из 25 генов фага росли в пять раз быстрее на некоторых источниках углерода, чем без него. Это объясняет, почему бактерии несут 10–20% генов, не являющихся их собственными.

Исследование также показало, что бактерии с помощью сложного механизма регуляции могут либо удерживать вирусную ДНК, либо избавляться от неё. Удержание помогает быстрее расти, но снижает подвижность, необходимую для поиска новой среды (процесс расселения).

Этот процесс регуляции напрямую связан с образованием бактериальных сообществ — биоплёнок. Биоплёнка — это защитная клейкая слизь, которую создают объединившиеся бактерии. Они растут на различных поверхностях: камнях, пище, зубах (зубной налёт) и биомедицинских имплантатах.

По оценкам Национальных институтов здоровья (NIH), около 90% инфекций у людей вызваны биоплёнками. Центры по контролю заболеваний (CDC) отмечают их присутствие в 65% внутрибольничных инфекций.

Ключевую роль в этом процессе играет бактериальный белок Hha. Когда Hha «включён», бактерии избавляются от вирусных генов, выбирая подвижность вместо способности формировать биоплёнки. Когда Hha не экспрессируется, бактерии двигаются медленнее, но образуют биоплёнки гораздо быстрее.

Это открытие может повлиять на здравоохранение и исследования в области альтернативной энергетики. Понимание механизма образования биоплёнок позволит управлять их формированием: подавлять там, где они вредны (инфекции), и стимулировать там, где полезны (например, для очистки почвы с помощью корней растений или производства водорода с помощью E. coli).