Глобальное исследование раскрывает скрытую роль вирусов в эволюции бактерий
Недавнее исследование, проведённое Каталонским институтом водных исследований (ICRA-CERCA) совместно с учёными из Китая и Финляндии и [опубликованное](https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/imt2.70042) в журнале iMeta, проливает свет на то, как вирусы, известные как бактериофаги, или просто «фаги», незаметно изменяют генетический ландшафт Salmonella enterica — основной причины заболеваний, передающихся через пищу, во всём мире.
Вирусные векторы усиливают способность патогена инфицировать, сохраняться и развиваться
Перемещая и распространяя гены вирулентности в разных экосистемах и на разных континентах, эти вирусные векторы могут повышать способность патогена инфицировать, сохраняться и развиваться. В то же время исследование выявляет мощный механизм защиты внутри самой Salmonella, открывая новые перспективы для разработки терапевтических стратегий, безопасных для фагов.
Анализ более 466 000 геномов Salmonella enterica и более 5000 вирусных последовательностей
В рамках этого [совместного исследования](https://phys.org/tags/collaborative+research/) были проанализированы более 466 000 геномов Salmonella enterica и свыше 5000 вирусных последовательностей из глобальных баз данных. Результаты показывают, что фаги действуют как глобальные переносчики генов, усиливающих вирулентность бактерий, включая fliC, iacP, mgtB и misL. Эти гены участвуют в подвижности бактерий, колонизации и проникновении в хозяина.
«Фаги — это не просто пассивные пассажиры в микробных экосистемах, — говорит доктор Минмин Сун, старший автор исследования и профессор Нанкинского сельскохозяйственного университета. — Они активные участники эволюции бактерий, и в данном случае они помогают распространять гены, которые могут сделать Salmonella более опасной».
Филогенетический анализ выявил горизонтальную передачу генов
Исследовательская группа использовала [филогенетический анализ](https://phys.org/tags/phylogenetic+analysis/), чтобы обнаружить сильное генетическое сходство между генами вирулентности, обнаруженными в фагах, и теми, что присутствуют в Salmonella. Это стало явным доказательством горизонтальной передачи генов. Эти обмены не просто теоретические. Многие фаги несут генетические элементы, которые после попадания в бактериальный хозяин могут транскрибироваться и транслироваться с использованием клеточного механизма хозяина, что вызывает опасения по поводу их роли в усилении вирулентности бактерий.
Регуляторный ген csrA как естественный защитный механизм
Возможно, самым неожиданным открытием стал регуляторный ген csrA, который функционирует как естественный защитный механизм внутри самой Salmonella. Когда csrA экспрессируется чрезмерно, он вмешивается в жизненный цикл фагов, усиливая экспрессию гена-репрессора cI. Это снижает активацию и высвобождение профагов, ограничивая распространение генов вирулентности среди бактериальных популяций.
«Мы были удивлены эффективностью csrA в подавлении активности профагов, — говорит доктор Хосе Л. Балькасар, соавтор исследования и старший научный сотрудник ICRA-CERCA в Испании. — Это как если бы бактерии эволюционировали, создав внутренний тормоз для защиты от повышения вирулентности».
Значимые последствия для глобального здравоохранения и безопасности пищевых продуктов
Исследование имеет значительные последствия для глобального здравоохранения и безопасности пищевых продуктов. Поскольку фаговая терапия изучается как альтернатива антибиотикам, крайне важно, чтобы терапевтические фаги не несли гены вирулентности. Исследователи подчёркивают необходимость тщательного скрининга или генной инженерии фагов для минимизации риска горизонтальной передачи генов.
Параллельно понимание роли бактериальных регуляторных генов, таких как csrA, может открыть новые возможности для контроля распространения вирулентных признаков. Эти знания могут поддержать разработку микробных стратегий для ограничения эволюции и передачи патогенов в таких средах, как системы производства продуктов питания.
Предоставлено Каталонским институтом водных исследований