Исследователи из Университета Торонто выяснили, как бактериальные вирусы защищают своё потомство, чтобы максимально распространить его. Это явление, описанное в исследовании, опубликованном в журнале Nature, использует вирусные белки для точной настройки структур на поверхности клетки-хозяина бактерии, и оно широко распространено, что указывает на ранее неизвестную параллель между микробным и человеческим иммунитетом.
Исследователи назвали своё открытие эффектом анти-Кроноса в честь греческого бога, который ел своих детей.
Учёные давно знали, что однажды инфицированная вирусом клетка может блокировать последующее повторное заражение тем же или близкородственными вирусами. Этот процесс, называемый исключением суперинфекции, впервые был описан у бактериофагов — вирусов, поражающих бактерии.
«Когда люди думали об исключении суперинфекции, они рассматривали это в контексте защиты от конкурирующих вирусов», — говорит профессор биохимии факультета медицины Университета Темерти Карен Максвелл. «Никто особо не задумывался о том, что вирусы могут блокировать сами себя, и о том, почему для них было бы выгодно это делать».
Лаборатория Максвелл заинтересовалась белком бактериофага под названием Zip, когда заметила, что он обеспечивает сильную защиту от фаговой инфекции у бактерий Pseudomonas aeruginosa.
Под руководством научного сотрудника лаборатории Максвелл Вероник Тейлор команда показала, что Zip нарушает формирование длинных тонких волокон на внешней оболочке бактерий, так что волокон становится меньше и они короче.
Эти волокна играют множество ролей, помогая бактериям двигаться и прикрепляться к поверхностям, но они также используются фагами в качестве стыковочного узла для проникновения в бактериальные клетки.
Казалось, всё просто: белки Zip, вырабатываемые инфицированными бактериями, уменьшают количество и длину волокон на поверхности бактерий, затрудняя прикрепление других фагов и заражение клетки.
Но Тейлор это не удовлетворило. «Всегда было что-то, что не давало мне покоя в биологии этого процесса, — говорит она. — Это заставило нас продолжать изучать его и спрашивать: «Почему они это делают?»
Важнейшие результаты были получены однажды утром, когда Тейлор измерила концентрацию вновь образовавшихся фагов, выпущенных в питательный бульон после ночного роста. Из бактерий, инфицированных стандартным фагом, Тейлор насчитала примерно миллион вирусов на миллилитр бульона. Когда тот же фаг больше не мог вырабатывать белки Zip, количество вирусных потомков упало до 500.
«Это было поразительно», — говорит Максвелл.
Она объясняет, что бактерии вырабатывают иммунитет к фагам, которые ранее их инфицировали, и могут быстро распознать возвращающиеся вирусы, чтобы предотвратить их размножение и распространение.
С точки зрения фага, попытка колонизировать бактерию, которая уже инфицирована тем же фагом, — это бесполезное занятие, приводящее к потере потомства и растрате ресурсов.
Исследователи предположили, что, предотвращая самоинфицирование, Zip блокирует вирусное потомство от неудачных инфекций, чтобы оно могло заразить уязвимых новых хозяев и распространиться дальше.
Исследователи также показали, что уровни белка Zip чувствительны к системе микробной коммуникации, которая определяет, сколько других микробов находится поблизости. Это позволяет фагам регулировать свой ответ анти-Кроноса в зависимости от вероятности самоинфицирования.
«Эти фаги захватили систему коммуникации хозяина и используют плотность клеток хозяина для контроля своей экспрессии генов», — говорит Максвелл, отмечая, что это явление ранее не было описано в литературе.
Их работа переосмысливает исключение суперинфекции не только как защитный механизм от конкурентов, но и как способ для фагов сохранить своё потомство и стимулировать распространение вируса.
Максвелл отмечает, что, хотя это явление наблюдалось у вирусов, инфицирующих человека, таких как вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) и вирус вакцины, это первый раз, когда оно описано у бактериальных вирусов.
Исследователи также обнаружили доказательства существования систем анти-Кроноса у многих других фагов, включая те, которые поражают патогены, такие как сальмонелла и листерия, что говорит о том, что это распространённый метод самосохранения, общий для бактериальных вирусов и тех, которые инфицируют растения и животных.
«Микробные иммунные системы — это эволюционное происхождение наших сложных иммунных систем, и это ещё одна параллель между ними», — говорит Максвелл.
Предоставлено Университетом Торонто.
Другие новости по теме
- Платформа генеративного искусственного интеллекта для терапии на основе мРНК
- Как растительный гормон жасмонат контролирует размер семян
- Когда деревья могут защитить от лавин: высота и вид деревьев играют ключевую роль
- Вариативность внутри и снаружи: как разные типы клеток координируют перестройку мышц во время метаморфоза плодовой мухи
- ИИ раскрывает секреты устойчивости урожайности риса после 50 лет непрерывного выращивания
- Учёные обнаружили устойчивый к болезням 30-летний сорт томатов
- Влияние тени от солнечных панелей на урожай редиса и радиччио осенью на солнечной ферме
- Современные модели ИИ не всегда лучше простых в прогнозировании реакции на генетические возмущения
- Метод на основе биоинформатики расшифровывает скрытых разрушителей древесины и листьев
- Новое исследование выявило тревожную реакцию морских звёзд на нейротоксин
Другие новости на сайте
- Биткоин слегка вырос на фоне сильных показателей ВВП США.
- Учёные NASA помогают округу Принс-Джорджес в Мэриленде планировать снижение рисков, связанных с летней жарой
- Ломбард представляет нативный биткоин-доход в экосистеме DeFi на блокчейне Solana
- Звёзды размером с Землю и океаны на других планетах: астроном объясняет, почему возможна жизнь вокруг белых карликов
- Грибы белой плесени разделяют свой геном между несколькими ядрами, что имеет значение для будущего геномного редактирования
- Что произойдёт с правовым статусом «тонущих» наций, когда их земли исчезнут?
- Начало предпродажи BullZilla — 29 августа: готовы ли вы к рёву?
- Солнечные псы, радуги и гало — чудеса небес
- Фильтры сигарет не приносят пользы здоровью курильщиков и создают пластиковое загрязнение — их следует запретить
- Частое использование искусственного интеллекта может снижать успеваемость студентов.