Расшифровка механизма выбора вирусами стратегии взаимодействия с бактериями-хозяевами
Исследователи из Шмунисской школы биомедицины и исследований рака Тель-Авивского университета расшифровали новый сложный процесс принятия решений, который помогает вирусам выбирать между агрессивной ("насильственной") и мирной ("дружественной") стратегией по отношению к бактерии-хозяину. В новой статье они описывают, как вирусы используют бактериальную иммунную систему, предназначенную для борьбы с вирусами, в этом процессе принятия решений.
Исследование провела аспирантка Полина Гулер из лаборатории профессора Авигдора Эльдара в Шмунисской школе биомедицины и исследований рака. Статья опубликована в журнале Nature Microbiology.
Бактериофаги (фаги) — это вирусы, заражающие бактерии и использующие их для репликации и распространения. Хотя слово "бактериофаг" означает "пожирающий бактерии", многие фаги могут переходить в "спящий" режим, при котором вирус встраивается в геном бактерии. В этом режиме вирус может даже вступать в симбиотические отношения с бактерией, а его гены могут помогать хозяину.
По словам профессора Эльдара, фаги обычно предпочитают оставаться в спящем, латентном режиме, когда бактерия "заботится" об их нуждах и помогает безопасно реплицироваться. Предыдущие исследования показали, что фаги используют два типа информации для выбора стратегии:
- "Состояние здоровья" своего хозяина.
- Сигналы извне, указывающие на присутствие других фагов поблизости.
"Если фаг определяет, что его хозяин ослаблен, но также получает сигналы о наличии других фагов поблизости, он выбирает остаться с текущим хозяином в надежде на его восстановление. Если внешнего сигнала нет, фаг 'понимает', что рядом может быть место для него в другом хозяине, и переходит в агрессивный режим, быстро реплицируется, убивает хозяина и переходит к следующей цели", — объясняет Эльдар.
Новое исследование расшифровало механизм, лежащий в основе этого выбора. "Мы обнаружили, что в этом процессе фаг фактически использует систему, которую бактерии разработали для уничтожения фагов", — говорит Гулер.
- Если фаг не чувствует сигнала от других фагов (что указывает на высокие шансы найти новых хозяев), он активирует механизм, который отключает защитную систему бактерии. "Фаг переключается в агрессивный режим, и, с нейтрализованной защитной системой, он способен реплицироваться и убивать своего хозяина", — описывает Гулер.
- Если фаг ощущает высокие концентрации сигнала, вместо отключения защитной системы он использует её активность, чтобы включить свой спящий режим.
"Исследование раскрыло новый уровень изощренности в этой гонке вооружений между бактериями и вирусами", — добавляет Эльдар. Большинство бактериальных защитных систем изучались в контексте всегда агрессивных вирусов. Механизмы взаимодействия с вирусами, имеющими спящий режим, изучены гораздо меньше.
"Бактерии также заинтересованы в том, чтобы удерживать вирус в спящем режиме, прежде всего, чтобы предотвратить собственную гибель, а также потому, что гены спящего фага могут даже способствовать бактериальным функциям", — говорит Эльдар.
Это открытие важно по нескольким причинам:
- Некоторые болезнетворные бактерии (например, вызывающие холеру) становятся более вирулентными, если несут в себе спящие фаги — основные токсины, которые вредят человеку, фактически закодированы в геноме фага.
- Фаги потенциально могут служить заменой антибиотикам в борьбе с патогенными бактериями.
- Исследования фагов могут привести к лучшему пониманию вирусов в целом, поскольку многие вирусы, заражающие человека, также могут чередовать спящий и активный режимы.