Как бактериофаги распространяют гены вирулентности сальмонеллы
Глобальное исследование раскрывает скрытую роль вирусов в эволюции бактерий и выявляет неожиданный бактериальный ген, который помогает им защищаться.
Исследование, проведенное Каталонским институтом исследований воды (ICRA-CERCA) совместно с учеными из Китая и Финляндии и опубликованное в журнале iMeta, показывает, как вирусы-бактериофаги (фаги) активно меняют генетический ландшафт Salmonella enterica — одной из основных причин пищевых отравлений в мире.
Перенося и распространяя гены вирулентности через экосистемы и континенты, эти вирусные векторы могут усиливать способность патогена инфицировать, сохраняться и эволюционировать. В то же время исследование обнаруживает мощный защитный механизм внутри самой сальмонеллы, что дает новую надежду на разработку безопасных фаговых терапевтических стратегий.
В этом совместном исследовании проанализировано более 466 000 геномов Salmonella enterica и свыше 5000 вирусных последовательностей из глобальных баз данных. Результаты показывают, что фаги действуют как глобальные челноки для генов, усиливающих бактериальную вирулентность, включая fliC, iacP, mgtB и misL. Эти гены участвуют в подвижности бактерий, колонизации и вторжении в организм хозяина.
«Фаги — не просто пассивные пассажиры в микробных экосистемах. Они — активные игроки в бактериальной эволюции, и в данном случае они помогают распространять гены, которые могут сделать сальмонеллу более опасной», — говорит доктор Минмин Сунь, старший автор исследования.
Используя филогенетический анализ, команда обнаружила сильное генетическое сходство между генами вирулентности, найденными в фагах, и теми, что присутствуют в сальмонелле, что является четким доказательством горизонтального переноса генов. Многие фаги несут генетические элементы, которые, попав в бактериальную клетку-хозяина, могут транскрибироваться и транслироваться с использованием её клеточного аппарата, что вызывает опасения по поводу их роли в усилении бактериальной вирулентности.
Самым неожиданным открытием стало обнаружение внутри самой сальмонеллы регуляторного гена csrA, который функционирует как естественный защитный механизм. При сверхэкспрессии csrA нарушает жизненный цикл фага, усиливая экспрессию гена-репрессора cI. Это снижает активацию и высвобождение профагов, тем самым ограничивая распространение генов вирулентности среди бактериальных популяций.
«Мы были удивлены тем, насколько эффективен csrA в подавлении активности профагов. Это похоже на то, как будто бактерии выработали внутренний тормоз, чтобы защитить себя от повышения вирулентности», — отмечает доктор Хосе Л. Балькасар, соавтор исследования.
Последствия для общественного здравоохранения и безопасности пищевых продуктов
Исследование имеет важные последствия для глобального общественного здравоохранения и безопасности пищевых продуктов. Поскольку фаговая терапия рассматривается как альтернатива антибиотикам, критически важно обеспечить, чтобы терапевтические фаги не несли генов вирулентности. Исследователи подчеркивают необходимость тщательного скрининга или генной инженерии фагов для минимизации риска горизонтального переноса генов.
Понимание роли бактериальных регуляторных генов, таких как csrA, может открыть новые пути для контроля распространения признаков вирулентности. Эти знания могут помочь в разработке микробных стратегий для ограничения эволюции и передачи патогенов в таких средах, как системы производства пищевых продуктов.