Завантаження...

Бактеріофаги кооперуються задля подолання стійкості бактерій

 

В журналі Cell опубліковані дві статті від незалежних авторських колективів з Університету Каліфорнії (США)* та Університету Ексетера (Велика Британія)**, присвячені механізмам протистояння бактеріофагів захисній системі бактерій CRISPR-Cas. В обох статтях вказується, що бактеріофаги можуть вступати в кооперацію задля подолання спротиву бактерій

Відомо, що багато бактерій, як і інші живі організми, мають систему захисту від інфекційних агентів – своєрідну імунну систему. В її основі – особливі ділянки ДНК, короткі паліндромні кластерні повтори, або CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Між ідентичними повторами розташовані послідовності ДНК, що відрізняються одна від одної, - спейсери, багато з яких є копіями ділянок геномів вірусів, які паразитують на даній бактерії, тобто бактеріофагів. Це своєрідна «база даних злочинців» бактеріальної клітини. РНК, яка синтезується на цих послідовностях CRISPR, разом зі спеціальними Cas-білками (CRISPR-associated sequence) зв’язується з комплементарними нуклеїновими кислотами фагів, якщо ті опиняються всередині бактерії, що є сигналом для знищення чужорідної нуклеїнової кислоти Cas-білками. Так бактерії захищаються від інфекцій.

Коли фаг атакує бактерію, відбувається справжнє змагання: чи встигне система CRISPR-Cas знайти та знищити фагову ДНК раніше, ніж фаг захопить бактеріальну клітину. Щоб виграти час деякі бактерії, наприклад Pseudomonas aeruginosa, створюють комплекси CRISPR РНК з білками заздалегідь, про всяк випадок, до початку фагової інвазії. Тому коли ДНК фага потрапляє в бактерію, остання миттєво знищує її. З іншого боку, фаги при інфікуванні бактерії ініціюють синтез білків, які нейтралізують комплекси CRISPR-Cas (анти-CRISPR білків). Але, якщо білки CRISPR-Cas вже чатують на фагову ДНК, фаг не встигає наробити анти-CRISPR білків достатньо швидко, щоб його власна ДНК не постраждала. О тут і вступає в дію кооперація: як виявилося, перший фаг, що інфікує клітину, за допомогою анти-CRISPR білків нейтралізує систему захисту бактерії і таким чином забезпечує безперешкодну реплікацію в ній фага, який прийде другим. Така «командна робота» фагів була показана в експериментах на Pseudomonas aeruginosa.

Рис. Графічне резюме статті Landsberger M. et al., 2018**

 

Автори роботи вважають**, що їх знахідка допоможе поліпшити результати фаготерапії за рахунок корекції доз фагопрепаратів задля створення більшої щільності фагів у вогнищі інфекції, адже ефективне знищення певних бактерій потребує спочатку нейтралізації їх захисних 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