Как вирусы-«подслушиватели» сражаются за заражение нас
Вирусы могут действовать двумя способами: «спокойно» (лежать на дне) или «убивать» (атаковать).
В режиме «убийства» вирус разрушает клетку-хозяина, выпуская новые вирусные частицы. Это удается, только если рядом есть достаточно здоровых клеток для заражения. Ключевая задача вируса — решить, когда переключиться из спокойного режима в атакующий.
Четыре года назад биологи из Принстона Бонни Басслер и её тогдашний аспирант Джастин Силп обнаружили, что один вирус может «подслушивать» общение между бактериями. А именно, он улавливает химический сигнал «У нас есть кворум!», который бактерии выделяют при достижении критической численности (процесс, известный как чувство кворума).
Теперь Басслер, Силп и их коллеги обнаружили, что десятки вирусов реагируют на чувство кворума или другие химические сигналы бактерий. Их работа опубликована в текущем выпуске журнала Nature.
«Мир насыщен вирусами, которые могут отслеживать соответствующую информацию от хозяина», — сказала Басслер. «Мы не знаем все стимулы, но мы показали в этой статье, что это общий механизм».
Война вирусов внутри одной клетки
Вирусы, атакующие бактериальные клетки, известны как бактериофаги (или фаги). Более одного фага могут одновременно заразить бактерию, пока все они находятся в спокойном режиме (лизогении). Когда несколько фагов «спокойно» существуют в одной бактерии, это называется полилизогенией.
Однако это хрупкое перемирие длится до тех пор, пока что-то не спровоцирует один или несколько фагов переключиться в режим «убийства». Ранее считалось, что серьёзное нарушение (например, УФ-излучение) активирует все фаги, и побеждает самый быстрый.
Но команда Басслер обнаружила иное.
Эксперимент с подсветкой
Постдок Грейс Джонсон использовала метод флуоресцентной гибридизации in situ (FISH), чтобы наблюдать за отдельными бактериальными клетками, заражёнными двумя разными фагами. Она пометила гены каждого фага флуоресцентными метками разного цвета.
Когда был подан сигнал к «убийству», оба фага активировались, разрушая клетку-хозяина. Результат оказался неожиданным: не было ни одного явного победителя.
- В одних клетках реплицировался только один фаг (один цвет).
- В других — только второй фаг (второй цвет).
- В третьих — оба фага одновременно (смешанный цвет).
- В некоторых клетках не активировался ни один фаг.
«Никто не мог представить, что будет три субпопуляции», — сказала Басслер.
Искусственные триггеры и контроль над вирусами
Джастин Силп разработал искусственные химические триггеры, каждый из которых активировал только один конкретный фаг. Когда он воздействовал на полилизогенные клетки своим сигналом, реплицировался только целевой фаг, в то время как другой оставался в спокойном режиме.
«Я не думал, что это сработает... Это был сюрприз», — сказал Силп.
«Хитроумная стратегия, где они могли по желанию индуцировать один фаг, другой или оба фага — это была заслуга Джастина. А возможность увидеть это в отдельной клетке? Это тоже никогда не делалось. Это была заслуга Грейс Дж.», — отметила Басслер.
Неисследованная сокровищница
Почти все гены вирусных геномов остаются загадкой. «Здесь мы обнаружили функции нескольких генов фагов и показали, что их задача — обеспечить этот совершенно неожиданный переключатель "спокойно-убивать"», — сказала Басслер.
«Фаги начали эру молекулярной биологии 70 лет назад, и они снова входят в моду как в качестве терапий, так и в качестве невероятного хранилища молекулярных уловок, созданных в ходе эволюции. Это сокровищница, и она почти полностью не исследована».