Помимо громадного разнообразия бактерий, в кишечнике человека обитает около 142 809 видов вирусов - бактериофагов.

Подробнее...

Бактерии так долго жили бок о бок с нападавшими на них вирусами-бактериофагами, что в появлении у бактерий «иммунной системы» нет ничего удивительного. Впрочем, назвать этими словами их защиту от фагов можно лишь по аналогии с нашим иммунитетом: никаких антител, а уж тем более специальных клеток, охотящихся за вирусами, у бактерий нет.

Бактериофаги, атакующие кишечную палочку (фото Dennis Kunkel Microscopy).Одна из таких систем называется CRISPR/Cas (clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated proteins). Она настроена на распознавание ДНК, проникшей в клетку, включая и фаговую ДНК. Бактерии с CRISPR/Cas нечувствительны к фагам. Некоторые штаммы холерного вибриона несут в себе такую иммунную противовирусную защиту, и хотя её происхождение остаётся тайной, в целом для возбудителя холеры она нехарактерна.

Однако, как выяснили исследователи из Медицинской школы при Университете Тафтса (США), некоторые фаги способны преодолевать защиту бактерий, причём они делают это с помощью той же самой — бактериальной — «иммунной системы».

Анализируя геномы фагов, выделенных из холерных вибрионов, учёные внезапно обнаружили у вирусов гены системы CRISPR/Cas. Оказалось, что фаги с этими генами могут легко инфицировать штаммы холерного возбудителя, защищённые CRISPR/Cas-иммунитетом, притом что обычные фаги перед такими бактериями пасуют. Как пишут исследователи в журнале Nature, фаговая система CRISPR/Cas взаимодействует с бактериальной и подавляет активность соответствующего участка хромосомы бактерии. И чем лучше последовательность фаговой CRISPR/Cas совпадает с последовательностью бактериальной CRISPR/Cas, тем сильнее подавляется бактериальный иммунитет.

По словам Эндрю Камилли, руководителя работы, эти данные лишь обостряют дискуссию о том, считать ли вирусы живыми. До недавнего времени вирусы в глазах учёных были всего лишь сложными надмолекулярными комплексами, а жизнь начиналась с клетки. То, что доклеточные вирусы могут использовать клеточную иммунную систему бактерий, оказалось большим сюрпризом.

Ну а с практической точки зрения эти данные помогут создать более совершенное биологическое оружие против бактериальных инфекций: сейчас разрабатываются вирусные способы лечения таких инфекций, однако системы защиты бактериальных клеток от фагов порой препятствуют успешному применению этих методов.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Исследование взаимоотношений бактерий и вирусов-бактериофагов помогло учёным понять, как появилась простейшая иммунная система.

"Тщательное исследование фрагментов чужого кода в геномах различных бактерий поможет найти их слабые места, а значит, создать новые эффективные антибиотики", – уверен автор работы Томас Вуд (фото Texas A&M University) Профессор Томас Вуд (Thomas Wood) и его коллеги из Техасского университета при помощи специальных ферментов вырезали из ДНК бактерии в общей сложности 166 тысяч нуклеотидов, принадлежащих различным вирусам.

В статье в журнале Nature Communications авторы исследования пишут: кишечная палочка сразу же стала более чувствительной к антибиотикам. Это позволило выдвинуть вирусную версию происхождения иммунитета.

Но вредоносный для бактерии механизм срабатывал не всегда, иногда мутации, происходящие в ходе удвоения хромосом, нарушали планы вирусов. Новая частица не появлялась на свет. Вместо этого в ДНК бактерий сохранялся код вируса, а сама она подчас получала возможность бороться с новыми захватчиками.

Согласно эволюционной теории, полезная добавка закреплялась в геноме процветающих организмов и передавалась следующим поколениям. "На протяжении миллионов лет вирусы становились частью бактерий, "обучали" их новым возможностям, передавая гены, белки и ферменты", — рассказывает Вуд.

По мнению профессора, именно этот процесс заимствования можно считать зарождением первой иммунной системы. "Бактерии заполучили в своё пользование белки, которые помогли им сопротивляться антибиотикам, защищаться от окисления клеток, в общем, противостоять уничтожению", — добавляет Томас.

Ранее биологи полагали, что вирусная ДНК "молчит" и практически не участвует в жизни бактерий. Читайте также о вирусном коде в геноме человека, о том, как в ДНК плодовой мушки была обнаружена полная копия генома бактерии-паразита, а ещё о первой трансплантации всего генома между видами, читайте так же о том, как биотехнологии воскресили древнюю бактерию, как бактерии убивают друг друга и о том, как возникла чума.

Источник: MEMBRANA

Американские микробиологи выяснили, что бактерии могут использовать биологическое оружие против своих сородичей. Некоторые из них содержат в своем геноме ДНК бактериофагов -  вирусов, убивающих микроорганизмы. Когда такие "камикадзе" считают, что вокруг стало несколько тесновато, они напускают этих бактериофагов на своих противников и те гибнут.

Обычно когда говорят о биологическом оружии, то в первую очередь подразумевают применение против врага болезнетворных бактерий. Правда, болезни вызывают не только они — как мы знаем, есть еще грибки и вирусы. Однако первые достаточно капризны и не в состоянии быстро вызвать целую эпидемию (хотя для порчи продуктов на складах их, конечно же, использовать можно). А что касается вирусов, то их достаточно сложно культивировать, поскольку они могут размножаться только в живых клетках. Поэтому-то в основном биологическое оружие делают из культур бактерий, вызывающих эпидемиологические заболевания.

Но вот что интересно — оказывается, бактерии тоже имеют свое собственное биологическое оружие. Причем то, применять которое люди пока что как следует не могут, а именно — вирусы. Эти микроорганизмы могут "натравливать" бактериофагов (вирусы, поражающие только бактерии) на своих конкурентов. Причем каждая бактерия носит это оружие в себе до того момента, когда выпускает на врага.

Недавно ученые из Юго-Западного медицинского центра Техасского университета в Далласе (США), работая с условно-патогенной бактерией Enterococcus faecalis, которая составляет 1 процент от общего числа всех микроорганизмов нашей кишечной микрофлоры, заметили, что ее штаммы могут конкурировать друг с другом. При этом чаще всего побеждал штамм V583, представители которого полностью уничтожали своих конкурентов. И, что самое удивительное, те не могли противостоять этому неведомому оружию.

Биологам показалось это странным — известно, что Enterococcus faecalis довольно устойчива ко многим антибиотикам. Однако здесь все противники штамма V583 оказывались бессильными. Возможно, предположили исследователи, этот "агрессор" использует не бактериальный антибиотик, а что-то другое. Чтобы разобраться в ситуации, ученые решили изучить геном представителей всех штаммов.

В результате выяснилось, что, во-первых, их ДНК достаточно сильно отличается, а, во-вторых, — что в геноме штамма V583 скрывается так называемый профаг. Так называют ДНК бактериофага, внедрившуюся в наследственную молекулу бактерии. И происходит это весьма интересным способом. Чаще всего бактериофаги, заражая клетку, прикрепляются к специфическим рецепторам на ее поверхности, затем "впрыскивают" свою ДНК внутрь микроорганизма и она сразу же внедряется в геном хозяина. Инъекция генома вируса вызывает полную перестройку метаболизма клетки — прекращается синтез бактериальной ДНК, РНК и белков.

А вот наследственная молекула бактериофага времени зря не теряет — она начинает деятельность по самокопированию и синтезу нужных вирусу белков, используя при этом ресурсы клетки. Как только все "запчасти" оказываются готовыми, происходит сборка молодых бактериофагов. И в конце концов они покидают клетку хозяина, разрывая ее при этом.

Но иногда все происходит несколько иначе — молекула ДНК бактериофага, внедрившись в геном бактерии, не проявляет никакой активности. Вот тогда-то и образуется профаг. Клетка хозяина вообще не замечает его присутствия — она ест, растет и размножается, передавая данную "бомбу" своим потомкам. Кстати, "бомбой" эту чужеродную ДНК микробиологи называют не зря — она может "проснуться" в любой момент и начать работу по созданию новых фагов. Однако пока ДНК спит, то никакой опасности для клетки в общем-то нет.

Правда, иногда ради безопасности бактерии все же вырезают ДНК бактериофага из своего генома и помещают в специальный пузырек — плазмиду. Потом эту плазмиду можно передать какому-нибудь сородичу (бактерии часто обмениваются ими) и, соответственно, зажить спокойно — пусть он сам и разбирается с опасным "подарком". В то же время плазмиды с профагами также часто передаются по наследству потомкам.

Так вот, изучив ДНК штамма V583, ученые обнаружили там даже не одного, а двух профагов. Одна ДНК вируса позволяет синтезировать его структурные элементы, а другая — белки проникновения, позволяющие заразить клетку противника. Удивительно, что когда оба профага активизируются, то в итоге получается гибридный бактериофаг. И именно он и убивает всех конкурентов — ведь у бактерий до сих пор не выработались эффективные механизмы защиты от этих вирусов (кроме вышеописанного "приручения", то есть превращения в профаг).

Ученые пока не знают, каким образом происходит активация спящих профагов — возможно, у бактерии есть какие-то специальные белки, которые могут "пробудить" ДНК вируса. Ясно пока лишь одно — вырвавшиеся на волю бактериофаги, попадая в клетки других штаммов, остаются активными и разрушают их. А вот проникнув внутрь представителей штамма V583, они снова превращаются в профагов. Так что, вероятно, эти микроорганизмы имеют еще и специальные средства защиты, природу которых также предстоит выяснить.

Конечно же, клетки из штамма V583 после "пробуждения" профагов погибают — образовавшиеся вирусы, как и положено, разрывают их при выходе. Однако их жертва не напрасна — конкуренты-то оказываются уничтоженными. Такое поведение похоже на ситуацию, когда солдат бросается под танк со связкой гранат — его гибель при этом спасает войсковую часть, которую атакуют. Но чем именно эти микроорганизмы-альтруисты отличаются от своих сородичей, пока что не ясно. Биологи считают, что ответ может дать более тщательное изучение ДНК изобретательного штамма.

Судя по всему, способность содержать в своем геноме профага выработалась у этой бактерии в процессе эволюции. Возможно, в далеком прошлом ослабленные особи вирусов, которые не могли полностью захватить контроль над клеткой, оставались в геноме бактерии, а те, в свою очередь, привыкли к этому "имплантанту" и со временем научились его использовать. Это-то и послужило началом такого интересного и необычного боевого союза.

Кстати, не исключено, что такое использование фагов не является редкостью среди сложных бактериальных сообществ. Известно, что наши полезные кишечные сожители помогают людям бороться с патогенными бактериями. Вполне возможно, что не последнюю роль в этом играет именно такое биологическое оружие…

Источник: pravda.ru

Чтобы поддерживать размножение в условиях фосфорного голодания, бактериофаги морских бактерий приходят в хозяйские клетки с набором генов, который помогает хозяевам более эффективно «выхватывать» из среды фосфор.

Бактериофаги, специализирующиеся на морских бактериях Prochlorococcus (фото авторов исследования)Исследователи из Массачусетского технологического института (США) обнаружили, что некоторые вирусы-бактериофаги приходят к своим жертвам с чем-то вроде генетического троянского коня: они приносят заражаемым бактериям гены, которые должны облегчать им жизнь в условиях стресса. Учёные работали с океаническими бактериями Prochlorococcus и Synechococcus, которые производят шестую часть кислорода на планете. Бактерии рода Prochlorococcus в диаметре не превышают одного микрона, а их плотность достигает 100 миллионов клеток на литр воды. Synechococcus чуть крупнее и не столь многочисленны. Соответственно, вирусы, поражающие эти бактерии, относятся к самым распространённым среди себе подобных.

Жизнь в океане полна превратностей, в том числе для микроорганизмов. Часто случается, что бактерии заносит в воды, бедные фосфором. А он критически необходим для жизнедеятельности: без фосфорных соединений невозможно синтезировать нуклеиновые кислоты, то есть размножаться. На такие случаи у бактерий есть специальная генетическая система, чувствующая, когда фосфора начинает не хватать, и активирующая другие гены, которые кодируют связывающие фосфор белки. Эти дополнительные белки позволяют бактериям наловить больше фосфора и пережить кризис.

Но, как оказалось, у вирусов тоже есть такие гены для ловли фосфора. Размножение вируса требует изрядных фосфорных запасов для штамповки вирусной ДНК. Исследователи заметили, что, когда бактериофаг заражает бактерию в условиях недостатка фосфора, в вирусном геноме включаются гены белков, отвечающих за «ловлю» фосфорных соединений.

Оказалось, что вирусные белки управляются теми же генами, что и бактериальные. То есть когда бактерия чувствует фосфорный стресс, она включит как свою, так и вирусную систему по добыче дополнительного фосфора. Основная его масса пойдёт на нужды вируса. Разумеется, самой бактерии может что-то перепасть от усилившегося фосфорного потока, но впрок ей это не пойдёт: через 10 часов цикл размножения вируса закончится, и бактериальную клетку разорвёт под напором выходящих наружу вирусных частиц.

В статье, опубликованной в журнале Current Biology, авторы пишут, что далеко не все бактериофаги, паразитирующие на Prochlorococcus и Synechococcus, обладают этими генами, а только те, что живут в атлантических популяциях бактерий. К примеру, тихоокеанские Prochlorococcus и Synechococcus не сталкиваются с недостатком фосфора, а потому соответствующей системы у них нет. А вот атлантические вирусы когда-то давно сумели скопировать гены хозяев, создавших себе молекулярный механизм на случай фосфорного голодания; в результате вирусы могут размножаться, не обращая внимания на изменения в среде: удвоенный поток фосфора позволяет им синтезировать столько ДНК, сколько нужно.

Столь тонкое приспособление вируса под нужды хозяина исследователи видят впервые. Впрочем, по их словам, бóльшая часть сведений о взаимоотношениях бактерий и фагов пришла к нам из биомедицинских исследований. А жизнь в человеческом организме и биологической лаборатории всё-таки сильно отличается от того, что происходит в Мировом океане. Поэтому не исключено, что это не единственный трюк, с помощью которого «дикорастущие» вирусы облегчают себе жизнь.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА