Вирусы могут иметь иммунную систему, показывают новые исследования

Исследование, опубликованное в журнале Nature, сообщает, что вирус-хищник холерного вибриона украл функциональную иммунную систему бактерий и использует её против своего бактериального хозяина. Работа предоставляет первые доказательства того, что бактериофаги (или просто фаги) могут приобретать полностью функциональную и адаптивную иммунную систему.

Фаг использовал украденную иммунную систему, чтобы отключить защитную систему бактерий против фагов и таким образом преодолеть её. Это позволяет фагу убивать холерные бактерии и размножаться, производя больше потомства, которое может убивать ещё больше бактерий. Исследование имеет серьёзные последствия для фаговой терапии — использования фагов для лечения бактериальных заболеваний. Её разработка особенно важна, поскольку некоторые бактерии (супербактерии) устойчивы к большинству или всем современным антибиотикам.

До сих пор учёные считали, что фаги существуют лишь как примитивные частицы ДНК или РНК и потому лишены сложности адаптивной иммунной системы, способной быстро реагировать на почти бесконечное разнообразие новых угроз. Фаги — это вирусы, поражающие исключительно бактерии, и каждый фаг паразитирует на определённом типе бактерий. Данное исследование сосредоточено на фаге, атакующем Vibrio cholerae — бактерию, вызывающую эпидемии холеры у людей.

Исследователь Медицинского института Говарда Хьюза Эндрю Камилли, Ph.D., из Школы медицины Университета Тафтса возглавил команду, ответственную за неожиданное открытие.

Первый автор работы Кимберли Д. Сид, Ph.D., постдок в лаборатории Камилли, анализировала последовательности ДНК фагов, взятых из образцов стула пациентов с холерой в Бангладеш, когда обнаружила гены функциональной иммунной системы, ранее найденной только у некоторых бактерий (и большинства архей, отдельного домена одноклеточных микроорганизмов).

Для проверки результатов исследователи использовали фаг, лишённый адаптивной иммунной системы, чтобы заразить новый штамм холерных бактерий, естественно устойчивый к фагу. Фаги не смогли адаптироваться и убить этот штамм. Затем они заразили тот же штамм фагом, содержащим иммунную систему, и наблюдали, как фаг быстро адаптировался и приобрёл способность убивать бактерии. Эта работа демонстрирует, что иммунная система фага полностью функциональна и адаптивна.

«Практически все бактерии могут быть заражены фагами. Около половины известных бактерий мира имеют эту адаптивную иммунную систему, называемую CRISPR/Cas, которая в основном используется для обеспечения иммунитета против фагов. Хотя эта иммунная система была захвачена фагом, её происхождение остаётся неизвестным, поскольку сама холерная бактерия в настоящее время лишена этой системы. Поистине замечательно то, что иммунная система используется фагом для адаптации и преодоления защитных систем холерных бактерий. Обнаружение системы CRISPR/Cas в фаге показывает, что существует поток генов между фагом и бактериями даже для чего-то столь крупного и сложного, как гены адаптивной иммунной системы», — сказала Сид.

«Исследование придаёт вес спорной идее о том, что вирусы являются живыми существами, и укрепляет возможность использования фаговой терапии для лечения бактериальных инфекций, особенно тех, которые устойчивы к антибиотикам», — сказал Камилли, профессор молекулярной биологии и микробиологии в Школе медицины Университета Тафтса.

Предыдущие исследования Камилли установили, что фаги широко распространены в образцах стула пациентов с холерой, что подразумевает естественное происхождение фаговой терапии, которую можно сделать более эффективной. Кроме того, исследование, опубликованное Камилли в 2008 году, определило, что фаговая терапия работает на мышиной модели кишечной холерной инфекции.

Команда в настоящее время работает над изучением того, как именно иммунная система фага отключает защитные системы холерных бактерий. Эти новые знания будут важны для понимания того, может ли иммунная система фага преодолеть вновь приобретённые или развитые системы защиты бактерий от фагов, и, следовательно, имеют значение для разработки эффективной и стабильной фаговой терапии для борьбы с холерой.