Коинфицирующие вирусы мешают друг другу проникать в клетку

Исследователи из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне и Техасского университета A&M применили передовые методы для изучения на уровне отдельной клетки процесса, как бактериофаги — вирусы, заражающие бактерии — проникают в клетки.

«В этой работе мы уникальны тем, что рассматриваем заражение фагами на уровне отдельных бактериальных клеток», — сказал профессор физики Идо Голдинг.

Процесс заражения фагом включает прикрепление вируса к поверхности бактерии и последующую инъекцию его генетического материала в клетку. Попав внутрь, фаг может либо заставить клетку производить новые фаги и в итоге взорвать её (лизис), либо встроить свой геном в бактериальный и остаться в спящем состоянии (лизогения). Исход зависит от количества фагов, одновременно заражающих клетку: один фаг вызывает лизис, а множественное заражение приводит к лизогении.

В новом исследовании учёные хотели выяснить, соответствует ли количество фагов, связавшихся с поверхностью бактерии, количеству вирусного генетического материала, введённого в клетку. Для этого они пометили флуоресцентными метками как белковую оболочку фагов, так и их генетический материал внутри. Затем они выращивали Escherichia coli, использовали разные концентрации заражающих фагов и отслеживали, сколько из них смогли ввести свой генетический материал в E. coli.

Исследователи с удивлением обнаружили, что проникновение генетического материала одного фага может быть затруднено другими коинфицирующими фагами. Когда на поверхности клетки было прикреплено больше фагов, относительно меньшее их число могло проникнуть внутрь.

«Наши данные показывают, что первая стадия заражения, проникновение фага, — это важный этап, который ранее недооценивали», — отметил Голдинг. — «Мы обнаружили, что коинфицирующие фаги мешают проникновению друг друга, нарушая электрофизиологию клетки».

Наружный слой бактерий постоянно связан с движением электронов и ионов, которые критически важны для генерации энергии и передачи сигналов. За последнее десятилетие исследователи начали осознавать важность этой электрофизиологии в других бактериальных явлениях, включая устойчивость к антибиотикам. Данная работа открывает новое направление для исследований в области бактериальной электрофизиологии — её роли в биологии фагов.

«Влияя на то, сколько фагов фактически проникает внутрь, эти нарушения влияют на выбор между лизисом и лизогенией. Наше исследование также показывает, что проникновение может зависеть от условий окружающей среды, таких как концентрация различных ионов», — сказал Голдинг.

Команда заинтересована в улучшении своих методов, чтобы лучше понять молекулярные основы проникновения фага.

Исследование «Coinfecting phages impede each other's entry into the cell» опубликовано в журнале Current Biology.