Некоторые микробы ждут сигнала от хозяина, чтобы начать размножаться и убить его

Многие вирусы, включая коронавирус, действуют как «бездумные убийцы», сразу захватывая клетку. Однако биология вирусов сложнее.

Например, ВИЧ (ретровирус) не начинает убивать сразу. Он встраивается в хромосомы и ждёт подходящего момента для репликации, что в итоге приводит к СПИДу. Какой именно момент он ждёт — предмет исследований.

Вирусы не мыслят, но эволюция наделила их сложными механизмами принятия решений. Некоторые покидают клетку при обнаружении повреждения ДНК.

Исследования бактериофагов

Наша лаборатория более 20 лет изучает бактериофаги (вирусы бактерий). Мы показали, что фаги могут «подслушивать» ключевые сигналы клетки, используя её собственные системы.

Бегство от повреждения ДНК

Фаг лямбда (похож на ВИЧ) решает: убить клетку сразу или встроиться в её хромосому. Во втором случае он безвредно реплицируется вместе с бактерией.

Он использует белок CI как «стетоскоп», чтобы слушать признаки повреждения ДНК в клетке. Если ДНК повреждена, фаг активирует гены репликации, копирует себя и покидает клетку в поисках здоровых.

Использование клеточной системы связи

Некоторые фаги, например Coliphage 186, вместо своего белка используют бактериальный сенсор повреждения ДНК — LexA. У них есть последовательность ДНК, к которой может привязаться LexA. Обнаружив повреждение, LexA активирует гены фага «реплицироваться-и-убивать», заставляя клетку совершить самоубийство и позволяя фагу сбежать.

Другие примеры:

• Фаг phi29 использует фактор транскрипции хозяина, чтобы обнаружить, когда бактерия готовится образовать спору. Фаг упаковывает свою ДНК в спору, убивая бактерию при её прорастании.

В нашем недавнем исследовании мы показали, что несколько групп фагов независимо развили способность использовать другую бактериальную систему связи — белок CtrA. CtrA регулирует развитие бактериальных выростов: пилей и жгутиков. Именно к ним прикрепляются фаги для заражения.

Наша ведущая гипотеза: фаги используют CtrA, чтобы оценить, когда поблизости будет достаточно бактерий с пилями и жгутиками для эффективного заражения.

Сложные решения без мозга

Некоторые фаги, инфицирующие Bacillus, производят небольшую молекулу при каждом заражении. Фаги чувствуют эту молекулу и «считают» количество происходящих вокруг заражений. Это помогает им решить, когда активировать гены «реплицироваться-и-убивать», делая это только при изобилии хозяев. Так они гарантируют долгосрочное выживание, не уничтожая всех доступных хозяев.

Контрразведка против вирусной контрразведки

Бактерии сильно отличаются от людей, но их вирусы — нет. Почти каждый трюк, используемый фагами, позже обнаруживается и у человеческих вирусов.

Если фаг может использовать бактериальные линии связи, почему человеческий вирус не может использовать ваши?

Пока неизвестно, за какими сигналами могут «подслушивать» человеческие вирусы, но вариантов много. Как и фаги, они потенциально могут:

• Считать своё количество для выработки стратегии.
• Обнаруживать рост клеток и формирование тканей.
• Мониторить иммунные реакции.

Пока это предположения, но исследования ведутся.

Есть и позитивная сторона: контрразведка работает только скрытно. Обнаружив её, систему можно использовать для дезинформации противника. Я считаю, что будущие противовирусные терапии могут сочетать обычные методы (например, антивирусы, препятствующие репликации) с «информационной войной» — например, заставляя вирус думать, что он находится в клетке другой ткани.