Бактериофаги «кастрировали» конкурентов с помощью паразитных участков своей ДНК

❋ 4.7

Даже в компактных геномах вирусов встречаются паразитарные участки — так называемый эгоистичный генетический материал. Как правило, такие последовательности нуклеотидов кодируют только специальные белки для собственной имплантации в геном потомков своего хозяина. Американские микробиологи впервые доказали, что у некоторых бактериофагов такие включения несут важную и полезную функцию: они не только занимаются собственным воспроизводством в дочерней ДНК, но и мешают конкурентам вируса-хозяина размножаться.

Биология

# антибиотикорезистентность

# бактериофаги

# США

# фаги

# эгоистичные гены

Просвечивающая электронная микроскопия вирионов различных бактериофагов синегнойной палочки / © Pinto, A.M et al., Antibiotics, DOI:10.3390/antibiotics10070877

Фаготерапия — перспективное направление лечения антибиотикорезистентных инфекций с помощью вирусов, атакующих бактерии, — бактериофагов. Такая терапия, как правило, проводится не одним фагом, а «коктейлем», состав которого подбирается для достижения максимальной эффективности. Однако эту эффективность порой трудно предсказать из-за недостаточно изученных факторов совместимости разных вирусов в комбинации друг с другом.

Американские ученые как раз занимались исследованием этой проблемы на примере гигантских бактериофагов ΦPA3 и ΦKZ (джамбо-фаги), применяемых в лечении инфекций, сопутствующих муковисцидозу. Когда они размножались в синегнойной палочке по отдельности, процесс шел с сопоставимой эффективностью для обоих вирусов. Но стоило заразить бактерию двумя фагами одновременно, и капсиды ΦKZ переставали правильно собираться.

Причина оказалась в самонаводящейся эндонуклеазе (homing endonuclease) gp210. Она представляет собой ярчайший пример эгоистичного генетического материала. По крайней мере, пока бактериофаг ΦPA3 размножается в пораженной клетке один.

Эндонуклеазу gp210 кодирует интрон — участок ДНК между экспрессируемыми фрагментами «основного» генома. После кодирования все, что делает эта самонаводящаяся эндонуклеаза, — встраивает в новую ДНК бактериофага ΦPA3 последовательность нуклеотидов, необходимую для кодирования себя же.

Но картина радикально меняется, если бактериофаг ΦPA3 находится в среде, где присутствует его конкурент ΦKZ. Тогда gp210 выполняет не только задачу собственного воспроизводства по привычной схеме, но и «атакует» геном бактериофага-конкурента. Она не может успешно встроить в его геном «свою» последовательность нуклеотидов, но все равно успешно разрезает ДНК в месте, где расположены ключевые для размножения ΦKZ гены.

В результате ΦPA3 получает большое преимущество и быстро вытесняет других бактериофагов из популяции зараженных бактерий.

Эгоистичная эндонуклеаза помогла фагу — Томография (Cryo-FIB-ET) синегнойной палочки (P. aeruginosa), зараженной бактериофагом ΦKZ: слайды A и B — контрольный образец, слайды C и D — в бактерии одновременно с ΦKZ присутствует самонаводящяяся эндонуклеаза gp210. Словом Nucleus помечено не клеточное ядро (у бактерий его почти никогда нет), а специальная подобная ядру белковая структура, которую формируют джамбо-фаги для защиты от иммунного ответа бактерии. Когда gp210 нет, капсиды ΦKZ активно формируются (шарообразные структуры), когда эндонуклеаза присутствует, процесс размножения вируса нарушен. Пурпурными стрелками показаны немногочисленные капсиды правильной формы, пурпурным пунктиром обведены деформированные неправильно растущие капсиды / © Erica A. Birkholz et al., Science, DOI:10.1126/science.adl1356

Новая научная работа показывает направление дальнейших исследований совместимости бактериофагов для терапии. Кроме того, она важна и для понимания эволюции вирусов — очевидно, что «эгоистичный генетический материал» может играть заметную роль в этом непрерывном процессе. Вдобавок открытие американских биологов может быть полезно не только в изучении бактериофагов. Паразитные фрагменты генома присутствуют в ДНК и РНК самых разных организмов.

Исследование с описанием открытия опубликовано в рецензируемом журнале Science, в открытом доступе находится только препринт. Его авторы — сотрудники Калифорнийского университета в Сан-Диего (США).

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl (Cmd) + Enter.