Результаты исследования ученых из Сколтеха и научных центров в Швеции и Швейцарии помогли лучше понять, как устроено взаимодействие между бактериями и фагами — вирусами, которые заражают клетки бактерий. Об исследовании рассказала пресс-служба Сколтеха.
Открытые в 1917 году французско-канадским биологом Феликсом д'Эреллем бактериофаги представляют собой крошечные вирусы, проникающие в бактерий и убивающие их. Интерес ученых к бактериофагам как к потенциальному средству борьбы с болезнетворными бактериями снизился после открытия антибиотиков. Однако теперь бактериофаги стали новой надеждой в борьбе с «супермикробами» — бактериями, получившими резистентность к основным антибиотикам. Поэтому в последнее десятилетие исследование бактериофагов возобновилось в Европе и США. Во многих странах уже создаются банки бактериофагов и развиваются проекты, позволяющие модифицировать вирусные частицы так, чтобы можно было сконструировать бактериофаг, эффективный против патогенного микроорганизма, обнаруженного у конкретного пациента.
«Наша лаборатория в Сколтехе занимается исследованием новых систем бактериального иммунитета. В последние годы биоинформатики предсказали очень много новых противовирусных систем и возникла практически целая область — микробная иммунология. Для большинства из этих систем не установлены молекулярные механизмы действия, поэтому один из способов понять, как работает микробный иммунитет, — это выяснить, как вирусы научились справляться с его действием. Взаимодействие между вирусами и бактериями можно сравнить с гонкой вооружений: когда у бактерий появляется новая стратегия защиты, она оказывает сильное давление на противоборствующую сторону — фаги. Можно ожидать, что скоро возникнут такие варианты фагов, которые научились каким-то образом противодействовать иммунитету бактерий. Это запускает новый этап адаптации со стороны бактерий, а такая активная конкуренция приводит к возникновению огромного разнообразия противовирусных систем», — рассказывает руководитель лаборатории анализа метагеномов и соавтор исследования Артём Исаев.
Структура комплекса SAM-лиазы фага Т3 с SAM-синтазой E. coli. Автор: Артём Исаев
В работе ученые исследовали систему иммунитета BREX (от англ. bacteriophage exclusion) — защитный механизм бактерий в борьбе с фагами — и показали, что бактериофаг Т3 способен инфицировать BREX-культуру, только если экспрессирует специальный фермент — SAM-лиазу, разрушающий S-аденозилметионин, важный клеточный метаболит. «SAM используется как донор метильных групп, которые могут регулировать экспрессию генов, а в случае BREX-системы метильная группа также служит меткой, позволяющей бактерии отличить собственную ДНК от неметилированной ДНК вируса. Однако оказалось, что как раз-таки метилирующая функция BREX не была затронута при экспрессии SAM-лиазы, в то время как BREX-защита была нарушена. Можно предположить, что SAM также является кофактором, необходимым для ингибирования вирусной инфекции BREX-системой», — объясняет процедуру исследования Артём Исаев.
«Мы всё еще мало знаем о том, какие антизащитные белки кодируют фаги, но именно эти белки во многом определяют успешность заражения клеток бактерий в природных условиях, с учетом огромного разнообразия иммунных систем, обнаруживаемых в том числе и в патогенных бактериях. Наша работа вносит свой вклад в построение сети взаимодействий между вирусными антизащитными белками и системами бактериального иммунитета. Это необходимо будет учитывать на следующем этапе развития фаговой терапии, при создании фагов, способных целенаправленно уничтожать клетки "нежелательных" микроорганизмов», — добавляет Артём Исаев.
Работа опубликована в журнале Cell Reports.