Бактеріофаги на поверхні бактерії
Wikimedia Commons
Ізраїльські вчені виявили, що деякі бактеріофаги (віруси, що вражають бактерії) можуть «спілкуватися» з допомогою сигнальних молекул, приймаючи рішення про те, входити в сплячий стан або активно розмножуватися, руйнуючи заражену бактерію. Це перший випадок, коли у вірусів знайшли комунікаційну систему. Результати роботи опубліковані в журналі Nature.
Помірні бактеріофаги можуть заражати клітини шляхом литического або Лізогенія циклів. При литическом циклі вірус активно розмножується в бактеріальної клітці, викликаючи її руйнування і вивільнення синтезованих вірусних частинок. Лізогенія цикл являє собою вбудовування генома фага в бактеріальну ДНК без реплікації, що робить клітку стійкою до зараження вірусом того ж виду. Як правило, бактеріофаги одного виду дотримуються однієї з цих тактик, тобто є або літичними, або Лізогенія. Однак деякі з них можуть використовувати обидва циклу. Механізми вибору такими бактеріофагами тактики зараження вивчені недостатньо.
Співробітники Інституту імені Вейцмана в Реховоті і Ізраїльського інституту біологічних досліджень в Нес-Ціон припустили, що бактерії можуть виділяти в навколишнє середовище хімічні сигнали (невеликі пептидні молекули), що попереджають їх «родичів» про наявність бактеріофага. Щоб перевірити це припущення, вони засіяли поживну середу бактеріями виду Bacillus subtilis, зараженими фагом phi3T, котрі можуть входити як в політично, так і в Лізогенія цикл. Після трьох годин інкубації середу відфільтрували так, щоб в ній залишилися тільки невеликі молекули, але не бактерії і віруси. Потім цю середу заселили новими бацилами і заразили їх тим же фагом. Те ж саме робили на чистому середовищі для контролю.
Виявилося, що в попередньо підготовленому середовищі зараження викликало лизис набагато меншого числа бактерій, ніж в контрольному експерименті. Аналіз середовища показав, що вона дійсно містить невеликі пептидні молекули, здатні проникати всередину бактерії шляхом активного транспорту. Накопичення цієї речовини, названого «Арбітріум» (від латинського arbitrium - рішення), сприяло лизогении при зараженні вірусом.
Аналіз ДНК показав, що «Арбітріум», що складається з шести амінокислот, закодований в геномі вірусу, а не бацили, тобто є його власною сигнальної молекулою. Поруч з кодований його геном aimP виявився ген aimR, що кодує внутрішньоклітинний рецептор до «Арбітріум», а також aimХ, який проявляє антагонізм до «Арбітріум» і пригнічує Лізогенія на користь лізису.
Після цього дослідники знайшли 112 аналогічних систем у інших фагів, що інфікують бактерії роду Bacillus. Причому їх «Арбітріум» виявилися строго специфічні для вірусів свого виду. На думку вчених, аналогічні системи можуть бути присутніми і у інших фагів, а можливо, і інших вірусів, що вражають еукаріот, в тому числі людини. Якщо такі системи знайдуться, вони можуть послужити поштовхом до розробки нових ліків, які переводять вірусні інфекції в латентний стан.
«Це повинно стати революційної публікацією», - прокоментувала відкриття мікробіолог з Університету Лестера березня Жмути (Martha Clokie).
Система «Арбітріум» діє аналогічно так званому почуттю кворуму - здатності ряду бактерій координувати спільне поведінку при формуванні биопленок і інших типах спільного зростання шляхом синтезу в середу невеликих сигнальних молекул. Ці сигнальні молекули поглинаються бактеріями за тим же механізмом активного транспорту, що і «Арбітріум», і саме їх спочатку шукав ізраїльський колектив. Детальніше про почуття кворуму розповідається (англійською мовою, можна включити російські субтитри) в відеолекції вище.
Олег Ліщук
