Ученые находятся в постоянном поиске новых и улучшенных способов борьбы с бактериями, будь то уничтожение вызывающих болезни штаммов или модификация потенциально полезных особей. Но несмотря на многочисленные изобретения человечества, созданные для этих целей, все они меркнут в сравнении с прицельными атаками бактериофагов – вирусов, которые могут инфицировать бактерии.
Фаги – вирусы бактерий – как и все другие организмы, постоянно эволюционируют, чтобы максимально эффективно паразитировать на штамме бактерии-хозяина. В свою очередь бактерии тоже постоянно «придумывают» способы избавлять от фагов. Эта вечная битва за выживание служит источником возникновения разнообразных молекулярных защит, которые жаждут постигнуть исследователи, несмотря на то, что эта задача – довольно кропотливая и трудоемкая.
Чтобы получить представление об оборонительных стратегиях бактерий и фагов, команда ученых из Калифорнийского университета в Беркли разработала эффективный и недорогой способ: комбинация трех технологий позволяет понять, какие бактериальные рецепторы используют фаги для инфицирования клеток, а также какие клеточные механизмы задействуют бактерии в ответ на вирусную инфекцию.
«Несмотря на почти столетие существования молекулярных исследований, механизмы, лежащие в основе взаимодействия бактерий и фагов, известны лишь для нескольких таких пар, при этом бактерии-хозяева представлены хорошо изученными организмами, которые можно вырастить в лаборатории», – говорит Вивек Муталик, сотрудник подразделения геномики среды и системной биологии.
При этом бактериофаги представляют собой наиболее многочисленное биологическое сообщество на Земле, а их влияние на бактерий делает фагов ключевыми компонентами круговорота питательных веществ в природе, производства сельскохозяйственной продукции и здоровья животных и людей. Понимание взаимодействия бактерий и вирусов крайне необходимо для разработки новых лекарственных препаратов, в частности вакцин, основанных на использовании бактерий, и фаговых «коктейлей» для борьбы с антибиотикорезистентными инфекциями.
Новый трехсторонний подход, получивший название генотеки потери и приобретения функций, использует известную технологию создания делеций в генах и повышения их экспрессии для выяснения, какие именно гены бактерии используют для защиты от фагов. Эта же информация помогает исследователям понять, какие рецепторы служат мишенью для фагов, при этом им не приходится анализировать геном самих фагов.
Разработанный метод Муталик и его коллеги протестировали на двух штаммах E.coli – бактерии, которая служит мишенью для 14 различных видов бактериофагов. По словам Муталика, данный подход можно масштабировать для одновременной оценки взаимоотношений фагов с сотнями образцов бактерий, собранных в разных средах. Это облегчит ученым исследование биологического «темного вещества» планеты – некультивируемых и, значит, малоизученных микроорганизмов, которые составляют до 99% всех существующих микроорганизмов на Земле.
«Роль фагов – это такое известное неизвестное, поскольку мы знаем, что они есть везде, но больше мы ничего о них не знаем, – комментирует Муталик. – Например, сегодня известно менее 10% генов, закодированных в геноме изученных фагов».
Разработка также позволит стандартизировать генетические исследования бактериофагов – процесс, который всегда был ситуативным и крайне изменчивым – и создать общие реагенты и базы данных.
Иллюстрация: Antara Mutalik
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.