Побег от PARIS: вирус проносит РНК в бактериальную клетку, чтобы выжить при иммунном ответе

Исследователи из Сколтеха и их коллеги из Института Пастера и Университета Лотарингии (Франция) раскрыли некоторые внутренние механизмы недавно открытой бактериальной иммунной системы PARIS, которая потенциально может сделать патогенные для человека бактерии устойчивыми к фаговой терапии. Фаговая терапия — перспективная альтернатива антибиотикам, подразумевающая использование вирусов-бактериофагов для заражения и уничтожения болезнетворных бактерий.

Уже применяемый в некоторой степени подход ожидает прогресса, когда учёные лучше поймут взаимодействие между бактериями и фагами. Именно это взаимодействие лежит в основе недавнего исследования, опубликованного в Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences.

За последние 5–7 лет было идентифицировано 150 иммунных систем бактерий. Среди них — система PARIS, которую команда уже изучала ранее. Она работает, заставляя заражённую фагом бактериальную клетку самоуничтожаться, чтобы остановить распространение вируса. Конкретно система действует, разрезая молекулы транспортной РНК (тРНК), которые играют ключевую роль в синтезе белка. При нарушенном синтезе белка клетка не может существовать.

В ходе коварной адаптации вирус может кодировать собственные молекулы тРНК в своём геноме и таким образом проносить «запасные тРНК» в клетку. Эти молекулы-заменители функционально идентичны, восстанавливая способность клетки собирать белки. Структурно они отличаются от бактериальных тРНК, что делает их неуязвимыми для иммунной системы PARIS.

Некоторые штаммы фагов не несут никаких тРНК. Другие кодируют заменитель только для одной бактериальной тРНК, а третьи могут заменять до 24 тРНК — почти весь набор, обычно используемый бактерией E. coli.

Ведущий автор исследования Светлана Белухина, стажёр-исследователь Сколтеха Bio и аспирант программы Life Sciences, заявила: «В этом исследовании мы уточнили наше понимание взаимодействия между фагами и иммунной системой PARIS несколькими способами.

1. Во-первых, мы показали, что PARIS атакует три тРНК, а не одну. Это согласуется с принципом действия некоторых токсинов.
2. Во-вторых, подтверждено, что замены атакованных тРНК достаточно, чтобы вирус избежал действия PARIS.
3. В-третьих, мы продемонстрировали, что эта защита — всего лишь вопрос нескольких мутаций: даже близкородственные штаммы фагов, очень похожие друг на друга, могут нести или не нести необходимые «тРНК-заменители» для побега от PARIS. Нельзя заранее определить это, просто взглянув на вирусный геном».

Результаты команды были получены в эксперименте по заражению бактерий Escherichia coli двумя близкородственными штаммами фагов (один из них нёс 24 тРНК, другой — 13), а также третьим фагом из другого семейства, который не кодировал тРНК вовсе. Первый фаг защищён от PARIS, второй — нет, но приобретает защиту при добавлении одной тРНК, кодируемой первым. Третьему, неродственному фагу потребовалась искусственная замена всех трёх мишеней PARIS, чтобы противостоять бактериальному иммунитету.

Загадкой для будущих исследований стал ещё один штамм из того же семейства фагов, несущих тРНК, который также несёт 24 гена тРНК. Хотя он защищён от PARIS, его варианты трёх соответствующих молекул тРНК не могут искусственно заменить мишени PARIS, чтобы помочь другим фагам.

Это ставит вопрос о том, почему этот фаг изначально устойчив к PARIS и как всего несколько мутаций в генах тРНК могут так сильно влиять на уязвимость к PARIS.