Бактериофаги используют вспомогательные метаболические гены для перепрограммирования бактерий

Исследователи из Университета Кайзерслаутерн-Ландау (RPTU) обнаружили ранее неизвестный вспомогательный метаболический ген в водных бактериофагах — вирусах, поражающих бактерии. Это открытие расширяет понимание стратегий, которые фаги используют для перепрограммирования бактерий-хозяев.

Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Бактериофаги играют ключевую экологическую роль в водных средах, контролируя численность бактерий, поддерживая микробное разнообразие и влияя на круговорот питательных веществ. Они также являются перспективным инструментом для целенаправленной борьбы с патогенными бактериями.

Учёные проанализировали генетический материал фагов из природных образцов с помощью биоинформатики. Помимо генов, необходимых для сборки новых фаговых частиц, они обнаружили вспомогательные метаболические гены (auxiliary metabolic genes). Эти гены изначально принадлежали бактериям и были «захвачены» фагами. Они не участвуют в сборке вируса, но помогают «перепрограммировать» метаболизм бактерии-хозяина во время инфекции.

Ключевое открытие:

• Исследователи идентифицировали ранее неизвестный вспомогательный метаболический ген, кодирующий активный белок, важный для биосинтеза тетрапирролов — «пигментов жизни».
• К тетрапирролам относятся, например, гем (компонент гемоглобина для переноса кислорода) и хлорофилл (зелёный пигмент фотосинтеза).
• Результаты показывают, что тетрапирролы, необходимые для выработки энергии в клетке, играют важную роль в процессе фаговой инфекции. Учёные предполагают, что производство сотен новых фаговых частиц требует от бактерии повышенных энергозатрат, а значит, и большего количества тетрапирролов.

Дополнительные выводы:

• Обнаруженный ген присутствует в фагах как из солёной, так и из пресной воды.
• Ген относится к Шемин-пути (Shemin pathway) — одному из двух способов синтеза первого предшественника тетрапирролов.
• Этот путь встречается только у определённой группы бактерий, а также у птиц и млекопитающих. Это означает, что фаги приобрели данный ген именно от этой специфической группы бактерий.
• Возможно, фаги «выбрали» Шемин-путь, потому что он более эффективен, чем альтернативный C5-путь: для него требуется только один фермент вместо двух.

Как отмечает профессор Николь Франкенберг-Динкель, понимание деталей того, как фаги заражают и убивают бактерии, в будущем может позволить целенаправленно использовать их против вредных микроорганизмов.