Как вирусы решают судьбу бактерии

Все новости ›

Попавшим вместе в бактериальную клетку бактериофагам приходится решать, вступать ли им друг с другом в непримиримую борьбу или же начать сотрудничать.

Бактериофагами называют вирусы, поражающие бактериальные клетки. В целом план строения у них такой же, как у прочих вирусов – это нуклеиновая кислота (чаще всего – ДНК) с записанными в ней генами вируса, заключенная в белковую оболочку-капсид.

Бактериофаги на кишечной палочке.(Фото Dennis Kunkel Microscopy, Inc. / Visuals Unlimited / Corbis.)
Бактериофаги под электронным микроскопом. (Фото Dr. Harold Fisher / Visuals Unlimited / Corbis.)

Внешний облик у бактериофагов довольно своеобразен: их частицы состоят из головки, которая выглядит как правильная геометрическая фигура и в которой находится нуклеиновая кислота, и хвоста, с помощью которого фаг впрыскивает свою нуклеиновую кислоту в бактерию. У некоторых фагов на хвосте есть еще нити, похожие на ножки, помогающие им удерживаться на поверхности бактериальной клетки. Со стороны они похожи на какой-то зловещий механизм, и, когда говорят о вирусах, то чаще всего представляют именно фагов, с их хвостами и «ножками».

В зараженной клетке бактериофаги ведут себя так же, как обычные вирусы: их нуклеиновая кислота переключает на себя все ресурсы клетки, заставляя бактерию синтезировать вирусные белки и копировать вирусный генетический материал; белки и ДНК вируса собираются в полноценные вирусные частицы, которые заполняют клетку до отказа, и она в конце концов гибнет. Возможен и другой путь: геном фага встраивается в ДНК бактерии и остаётся в ней на какое-то время, переходя в таком виде из поколения в поколение. Потом, когда фагу это покажется удобным, он активируется и запускает «штамповку» новых копий самого себя.

Разные вирусы обычно специализируются на разных хозяевах, и бактериофаги – не исключение. Но часто случается так, что в одну и ту же клетку проникают два фага одной разновидности. Что происходит в таком случае? Соперничают ли они, стремясь вытеснить один другого, или же сотрудничают? Исследователи из Техасского университета A&M говорят, что бывает и так, и так, в зависимости от условий, в которых приходится жить бактериофагам.

Эксперименты ставили с кишечной палочкой и бактериофагом лямбда. Чтобы можно было следить за двумя разными фагами и их потомками, их метили четырьмя флуоресцентными метками. Две из них принадлежали белкам вирусной оболочки, и, если в клетке появлялись именно белковые метки, это означало, что фаги спешно собирают готовые частицы.

Другие две метки становились видимыми, если у фагов включались гены, отвечающие за сохранение вирусного генома в бактериальной ДНК. Оказалось, что, когда дело доходило до сборки частиц, фаги начинали прямо конкурировать друг с другом – в конце концов в клетке оставался только кто-то один. Напротив, если вирусы решали «поспать» в клеточной ДНК, они начинали сотрудничать, помогая друг другу встроиться в чужой геном.

То есть фагам, оказавшимся вместе в одной клетке, приходилось решать, как жить дальше. Решение во многом зависело от внешних условий: если бактерий вокруг было много, если среда вокруг была благоприятна для роста бактериальной колонии, то вирусы вступали в гонку, стараясь подавить друг друга числом потомков. Преимущество получал тот, кто успел насинтезировать больше ДНК-копий – вирусная ДНК, как мы сказали выше, оттягивает на себя клеточные ресурсы, необходимые для собственного удвоения, поэтому тот, чьей ДНК оказалось больше, лишал ресурсов не только клетку-хозяина, но и конкурента. (Здесь немаловажно, кто когда проникает в клетку – у того, кто сделал это первым, будет определенная фора).

Если же клеток для размножения оказывалось мало, и если сама клетка жила плохо (так, что в ней нельзя было быстро наделать много вирусной ДНК), вирусы вместе укладывались спать. Причем они действительно помогали друг другу, что было видно в экспериментах с мутантными бактериофагами: если в клетку попадали два вируса с плохими мутациями в разных генах, отвечающих за встраивание в чужой геном, то для успешного внедрения они пользовались оставшимися нормальными белками друг друга – иными словами, решали проблему сообща. Будучи вместе, мутантные фаги эффективнее вставляли себя в бактериальный геном, чем если бы они попали в клетку поодиночке.

Такие совместные действия, как пишут авторы работы в Nature Communications, повышают разнообразие вирусного генома: встраиваясь в бактериальную ДНК, их гены перемешиваются, так что в перспективе, когда дело доходит до синтеза вирусных частиц, из таких сотрудничавших в прошлом вирусов могут получиться особи с новым генетическими вариантами. Короче говоря, взаимопомощь в трудные времена увеличивала генетическое разнообразие вирусов, а разнообразие – это всегда хорошо, поскольку повышает шансы на выживание.

В перспективе полученные результаты могут помочь в создании антибактериальных лекарств нового поколения. Как известно, к антибиотикам у микробов быстро появляется устойчивость, и потому сейчас часто говорят о том, чтобы пойти принципиально другим путем – например, начать использовать бактериофаги в качестве противоинфекционного средства, и чем больше мы будем знать о взаимоотношения фагов друг с другом и с бактериями, тем эффективней будут такие препараты.

13 февраля 2017

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: nkj.ru

Читайте также:

Как бактерии отличают свою ДНК от вирусной

Как бактерии отличают свою ДНК от вируснойМолекулярный мусор помогает бактериальной клетке запоминать последовательности из вирусных генов, чтобы впоследствии использовать их для отражения вирусной атаки.

Читать целиком

Случайная статья

Товар добавлен в корзину

Оформить заказ

или продолжить покупки