Завантаження...

Бактериофаги кооперируются для преодоления устойчивости бактерий

Бактериофаги кооперируются для преодоления устойчивости бактерий

 

В журнале Cell опубликованы две статьи от независимых авторских коллективов из Университета Калифорнии (США)* и Университета Эксетера (Великобритания)**, посвященные механизмам противостояния бактериофагов защитной системе бактерий CRISPR-Cas. В обеих статьях указывается, что бактериофаги могут вступать в кооперацию для преодоления сопротивления бактерий

 

Известно, что многие бактерии, как и другие живые организмы, имеют систему защиты от инфекционных агентов - своеобразную иммунную систему. В ее основе - особые участки ДНК, короткие палиндромные кластерные повторы, или CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Между идентичными повторами расположены последовательности ДНК, отличающихся друг от друга, - спейсеры, многие из которых являются копиями участков геномов вирусов, паразитирующих на данной бактерии, то есть бактериофагов. Это своеобразная «база данных преступников» бактериальной клетки. РНК, которая синтезируется на этих последовательностях CRISPR, вместе со специальными Cas-белками (CRISPR-associated sequence) связывается с комплементарными нуклеиновыми кислотами фагов, если те оказываются внутри бактерии, что является сигналом к уничтожению чужеродной нуклеиновой кислоты Cas-белками. Так бактерии защищаются от инфекций.

 

Когда фаг атакует бактерию, происходит настоящее соревнование: успеет ли система CRISPR-Cas найти и уничтожить фаговую ДНК раньше, чем фаг захватит бактериальную клетку. Чтобы выиграть время некоторые бактерии, например Pseudomonas aeruginosa, создают комплексы CRISPR РНК с белками на всякий случай, заранее, т.е. до начала фаговой инвазии. Поэтому когда ДНК фага попадает в бактерию, последняя мгновенно уничтожает ее. С другой стороны, фаги при инфицировании бактерии инициируют синтез белков, которые нейтрализуют комплексы CRISPR-Cas (анти-CRISPR белков). Но, если белки CRISPR-Cas уже подстерегают фаговую ДНК, фаг не успевает наделать анти-CRISPR белков достаточно быстро, чтобы его собственная ДНК не пострадала. Вот здесь и вступает в действие кооперация: как оказалось, первый фаг, который инфицирует клетку, с помощью анти-CRISPR белков нейтрализует систему защиты бактерии и таким образом обеспечивает беспрепятственную репликацию в ней фага, который придет вторым. Такая «командная работа» фагов была показана в экспериментах на Pseudomonas aeruginosa.

 

Рис. Графическое резюме статьи Landsberger M. et al., 2018**

 

Авторы работы считают**, что их находка поможет улучшить результаты фаготерапии за счет коррекции доз фагопрепаратов для создания большей плотности фагов в очаге инфекции, ведь эффективное уничтожение определенных бактерий требует сначала нейтрализации их защитных систем.

 

* Borges AL, Zhang JY, Rollins MCF, et al. Bacteriophage Cooperation Suppresses CRISPR-Cas3 and Cas9 Immunity // Cell, 2018, 174(4): 917-925.E10. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.06.013

** Landsberger M, Gandon S, Meaden S, et al. Anti-CRISPR Phages Cooperate to Overcome CRISPR-Cas Immunity // Cell, 2018, 174(4):908-916.E12. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.05.058