Взаимодействия фагов с бактериями сложнее, чем показывают лабораторные исследования

Учёные десятилетиями изучали бактериофаги — вирусы, поражающие бактерии, — чтобы понять, как они изменяют своего хозяина. Поскольку такие исследования сложно проводить в естественных условиях, большинство из них сосредоточены на вирусах и клетках-хозяевах, адаптированных для лабораторных экспериментов. Теперь команда учёных отошла от этих «оптимальных» лабораторных вирусов, чтобы изучить молекулярный ответ при взаимодействии бактерий и фагов в природе, где фаги не всегда встречают идеального хозяина.

Исследования фагов помогли идентифицировать ДНК как наследственный материал и описать природу экспрессии генов у микробов, но изучение взаимодействий в основном ограничивается лабораторными работами в оптимальных условиях заражения. Расширение понимания того, насколько эффективно фаги заражают хозяина в природе, может помочь учёным разработать более точные модели экосистем, создать более устойчивые биотехнологии и улучшить здоровье человека.

Основываясь на предыдущих исследованиях, учёные из Университета штата Огайо, Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и EMSL (Environmental Molecular Sciences Laboratory) изучили огромные массивы данных о белках и связанных с ними молекулах матричной РНК, чтобы оценить, насколько эффективно два разных фага заражали схожие бактерии. Изучённые штаммы бактерий широко распространены в окружающей среде, а их близкие родственники встречаются в почвах, воде и организме человека. Они влияют на круговорот питательных веществ, здоровье и возникновение болезней.

Проводя регулярные измерения по мере развития инфекции с помощью масс-спектрометра Orbitrap и секвенаторов нового поколения в EMSL (пользовательском объекте Управления науки Министерства энергетики США), команда смогла зафиксировать все внутренние вирусные и бактериальные изменения. Впервые в такой работе были выявлены множественные неэффективности инфекции — от более слабой адсорбции на поверхности клетки до внутриклеточных ответов хозяина, которые подавляли способность фага захватить контроль над хозяином, экспрессировать свои гены или производить свои белки.

Эти неэффективности указывают на то, что взаимодействия фаг-хозяин в природе сложнее, чем показывают традиционные лабораторные исследования. Результаты помогут учёным лучше понимать, прогнозировать и улучшать функционирование микробных сообществ, важных для промышленности, сельского хозяйства и здоровья человека.