Вирусы могут «подслушивать» своих хозяев, чтобы выбрать идеальный момент для атаки
Новое исследование под руководством Университета Мэриленда в округе Балтимор (UMBC), опубликованное в Frontiers in Microbiology, показывает, что вирусы, вероятно, используют информацию из окружающей среды, чтобы «решать», когда оставаться в спящем состоянии внутри клетки-хозяина, а когда начать размножаться и разрывать её. Это открытие имеет значение для разработки противовирусных препаратов.
«Способность вируса ощущать свою среду, включая элементы, производимые хозяином, добавляет ещё один уровень сложности взаимодействию вируса и хозяина», — говорит Иван Эрилл, профессор биологических наук и старший автор статьи. Пока вирусы используют эту способность в своих интересах, но в будущем «мы могли бы использовать её им во вред».
Не случайность
Исследование было сосредоточено на бактериофагах — вирусах, заражающих бактерии. Изученные фаги могут инфицировать своих хозяев только тогда, когда у бактериальных клеток есть специальные придатки (пили и жгутики), помогающие им двигаться. Бактерии производят белок CtrA, который контролирует образование этих придатков. Работа показала, что у многих фагов, зависящих от придатков, в ДНК есть участки (сайты связывания), к которым может присоединяться белок CtrA хозяина. Наличие у фага сайта связывания для белка его хозяина — явление необычное.
Более того, детальный геномный анализ, проведённый Эриллом и первым автором статьи Элией Масколо, показал, что эти сайты связывания встречаются у многих разных типов фагов, и все они для заражения требуют, чтобы у хозяина были пили или жгутики. Исследователи пришли к выводу, что это не может быть совпадением.
«Способность отслеживать уровень CtrA независимо развивалась много раз в ходе эволюции у разных фагов, заражающих разные бактерии», — отмечает Эрилл. Когда неродственные виды демонстрируют сходный признак (конвергентная эволюция), это указывает на его важную пользу.
Всё дело в своевременности
Первый фаг, в котором обнаружили сайты связывания CtrA, заражает группу бактерий Caulobacterales. Эти бактерии существуют в двух формах: «стайер» (свободно плавающая, с жгутиками) и «стеблевая» (прикреплённая к поверхности, без жгутиков). CtrA также регулирует клеточный цикл, определяя тип деления. Поскольку фаги могут заражать только стайеров, им выгодно выходить из хозяина именно тогда, когда вокруг много стайеров для заражения.
Caulobacterales обычно живут в бедных питательными веществами средах. «Но когда они находят хороший микробиотоп, они становятся стеблевыми клетками и proliferate», — говорит Эрилл, в итоге производя множество стайеров.
«Мы предполагаем, что фаги следят за уровнем CtrA, который колеблется в течение жизненного цикла клеток, чтобы понять, когда стайер превращается в стеблевую клетку, которая станет фабрикой по производству стайеров», — объясняет Эрилл. — «И в этот момент они разрывают клетку, потому что вокруг будет много стайеров для заражения».
Последствия для вирусов человека
Хотя прямое экспериментальное доказательство этой гипотезы — сложная задача на будущее, у исследователей нет другого правдоподобного объяснения распространённости сайтов связывания CtrA у столь разных фагов.
«Всё, что мы знаем о фагах, каждая эволюционная стратегия, которую они разработали, оказывалась применимой и к вирусам, заражающим растения и животных», — подчёркивает Эрилл. — «Это почти данность. Так что если фаги подслушивают своих хозяев, то и вирусы, поражающие людей, наверняка делают то же самое».
Это исследование — «первая широкая демонстрация того, что фаги следят за тем, что происходит в клетке, в данном случае — в аспекте её развития». Члены лаборатории уже находят у фагов рецепторы и для других регуляторных молекул бактерий.
Новые терапевтические возможности
Главный вывод: «Вирус использует внутреннюю информацию клетки для принятия решений», — говорит Эрилл. — «И если это происходит у бактерий, то почти наверняка происходит и у растений, и у животных, потому что если эволюционная стратегия имеет смысл, эволюция откроет и использует её».
Например, вирус животного может «хотеть знать», в какой ткани он находится или насколько силён иммунный ответ хозяина. Хотя мысль о том, какую информацию вирусы могут собирать, чтобы причинить больше вреда, тревожит, эти открытия также открывают пути для новых методов лечения.
«Если вы разрабатываете противовирусный препарат и знаете, что вирус "подслушивает" определённый сигнал, то, возможно, вы сможете обмануть вирус», — говорит Эрилл.
Пока же «мы только начинаем осознавать, насколько активно вирусы следят за нами — как они мониторят происходящее вокруг и принимают решения на основе этого. Это захватывающе».