Атака и защита в микромире: Как малые РНК регулируют вирусные инфекции бактерий
Вирусы, использующие бактерии в качестве клеток-хозяев, называются бактериофагами (или просто "фагами") и считаются самыми многочисленными биологическими объектами. Исследовательская группа из Университета Йены и его кластера передового опыта "Balance of the Microverse" детально изучила сложное взаимодействие стратегий атаки и защиты при заражении бактерий, вызывающих холеру (Vibrio cholerae), бактериофагом VP882. Они обнаружили, что решающую роль играют малые молекулы РНК. Результаты опубликованы в журнале Cell Host & Microbe.
От безобидного пассажира до хитроумного захватчика
Фаги могут размножаться двумя способами после заражения бактерий: либо как невидимые пассажиры, скрытые в генетическом материале бактерий, либо активно размножаясь в клетках и в конечном итоге разрушая их. Выбор стратегии зависит от доступности других клеток-хозяев в окружающей среде.
Фаги определяют это, "подслушивая" химическую коммуникацию между бактериями, известную как "чувство кворума". Этот механизм использует сигнальные молекулы, которые бактерии производят и выделяют в окружающую среду, чтобы оценить размер своей популяции.
В экспериментах исследователи наблюдали, что 99% бактерий разрушаются в течение 60 минут после того, как фаги получают химический сигнал от бактерий и берут контроль.
Команда обнаружила, что это переключение контролируется малыми РНК, одна из которых называется "VpdS" (VP882 phage-derived sRNA). "Как только фаги получают химический сигнал от бактерий, эта РНК производится в больших количествах", — говорит доктор Марсель Шпренгер, ведущий автор статьи.
Как бактерии сопротивляются вирусам
Чтобы точно определить, какие гены регулируются VpdS, команда использовала комплексный технологический подход, включая метод "RNA interaction by ligation and sequencing". Это позволило идентифицировать взаимодействия между всеми молекулами РНК в культурах бактерий в разное время и получить представление об активности генов как фагов, так и бактерий-хозяев.
Исследователи продемонстрировали, что VpdS регулирует гены фагов, а также гены хозяина, что объясняет разрушение бактериальных клеток.
Кроме того, из собранных данных были выведены дальнейшие взаимосвязи. Например, у бактерий также есть гены, которые, активируясь химическим сигналом, противодействуют размножению фагов и тем самым препятствуют собственному уничтожению.
По словам профессора Кая Папенфорта, руководившего проектом, этот аспект особенно интересен: "Мы можем рассматривать их как предшественников иммунных систем у высших организмов. У бактерий много генов, которые защищают их от вирусов". Учитывая, что эти гены также присутствуют в высших организмах, исследователи предполагают, что молекулы РНК также могут играть важную роль в их регуляции.