Новость

Ученые выяснили, как вирусы нейтрализуют защитную систему бактерий

Биологи выяснили, с чьей помощью некоторые вирусы-бактериофаги блокируют систему BREX, которая защищает микробов от их атак. 

"Пять лет назад мы знали, что бактерии могут защищаться от вирусов с помощью RM-систем, CRISPR-системы и токсин-антитоксиновых систем. В последние годы с помощью методов биоинформатики было предсказано, что они – лишь малая часть огромного многообразия защитных механизмов. BREX стала первой среди новых предсказанных систем, защитное действие которой было показано в экспериментах", – прокомментировал один из авторов работы, аспирант Сколковского института науки и технологий Артем Исаев.

От болезней и инфекций страдают не только люди и другие многоклеточные, но и одноклеточные микробы. Вирусы, как предполагают ученые, появились почти одновременно с бактериями, и между ними уже несколько сотен миллионов лет идет беспрерывная война на выживание.

Ее последствия можно увидеть фактически везде. К примеру, в каждом миллилитре речной или морской воды живут несколько сот миллионов бактериофагов – вирусов, которые специализируются на заражении микробов. Их носителями могут быть до 70% ныне живущих бактерий.

За миллионы лет эволюции вирусы постепенно научились обходить защитные системы микробов. К примеру, бактерии разработали своеобразный генетический "антивирус", систему CRISPR-Cas9, которая находит следы вирусной ДНК в геноме микроба, вырезает ее или заставляет бактерию самоуничтожиться для того, чтобы защитить своих соседей от инфекции. Бактериофаги, в свою очередь, научились подавлять работу CRISPR-Cas9, что открыло новый виток этой биологической "гонки вооружений".

Исаев и его коллеги изучали работу еще одной системы подобного рода – BREX, которая, по текущим оценкам ученых, есть в геноме примерно каждого десятого микроба на Земле. Ученые пока не знают, как именно она работает, однако они предполагают, что та похожа на другой "антивирус" – систему RM, которая распознает чужеродную ДНК по отсутствию определенных меток на одной или двух ее спиралях.

Руководствуясь этой идеей, Исаев и его коллеги предположили, что некоторые вирусные белки, которые задействованы в нейтрализации RM-системы, могут играть важную роль в подавлении BREX внутри вирусов, на которые этот бактериальный "антивирус" не действует. Ученые проверили, так ли это на самом деле, удалив из генома хорошо изученного бактериофага T7 один из генов, которые отвечает за синтез белка Ocr. Этот белок – один из главных компонентов системы защиты вируса от бактериального "антивируса".

Эти опыты подтвердили, что подобное изменение "обезоружило" вирус, не дав ему подавлять работу как RM-системы, так и BREX. Как предполагают ученые, это связано с тем, что обе эти формы бактериального "антивируса" для того, чтобы наносить специальные метки на ДНК самого микроба, которые позволяют отличить ее от чужеродных фрагментов генетического кода, используют фермент BrxX. Работу этого фермента блокирует Ocr.

Почему нейтрализация BrxX не приводит к самоуничтожению бактерий, ученым еще предстоит выяснить.

"История борьбы бактерий с фагами насчитывает миллиарды лет. Эта непрекращающаяся "гонка вооружений" является одной из основных движущих сил эволюции в мире микроорганизмов. Обе стороны накопили богатый арсенал стратегий борьбы друг с другом. Лично мне интересно узнать, какие еще тайны хранит в себе геном и какие новые механизмы мы сможем открыть, изучить и применить в будущем", – подытожил Исаев.

Источник: https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkaa290/5825620