Что представляют собой бактериофаги?
Бактериофаги, или фаги в короткой форме, — вирусы, которые паразитируют на бактериях. Они имеют разнообразную форму и размер, однако, как правило, состоят из головки, в которой находится генетический материал (ДНК или РНК), и хвоста, с помощью которого они присоединяются к бактериальной клетке. Фаги могут как навредить человеку, атакуя патогенные бактерии и вызывая инфекции, так и оказаться полезными, передавая гены резистентности к антибиотикам или токсичности между бактериями.
Что такое спутники и помощники?
Спутники — особый вид бактериофагов, неспособных производить потомство без помощи другого вируса — помощника. В роли помощника может выступать любой фаг, который заражает ту же бактерию, что и спутник, и обладает необходимыми белками или ферментами для сборки или репликации спутника. Степень взаимосвязи между спутником и помощником может быть разной: от полной зависимости спутника от помощника до частичного использования своих собственных белков или ферментов.
Как именно спутники и помощники взаимодействуют?
Недавно ученым стало известно, что физическое соединение спутников и помощников происходит на шейке бактериофага. До сих пор предполагалось, что для использования белков или ферментов помощника спутник должен быть рядом с ним внутри бактериальной клетки. Однако ни одно из наблюдений ранее не подтверждало эту гипотезу, так как спутники и помощники обладают очень маленьким размером (менее 100 нанометров) и очень коротким временем взаимодействия (менее секунды).
Прорывное открытие: физическое соединение двух вирусов
В 2023 году команда ученых из Университета Мэриленда в Балтиморском округе (UMBC) и Вашингтонского университета в Сент-Луисе (WashU) произвела уникальное открытие. Они наблюдали за бактериофагом-спутником, который регулярно присоединяется к бактериофагу-помощнику на шейке вируса, где головка присоединяется к хвосту. Это было первое в своем роде наблюдение физического взаимодействия между двумя вирусами.
Когда я увидел это, я был поражен! Я не могу в это поверить. Никто никогда не видел бактериофага — или любой другой вирус, — прикрепленный к другому вирусу
— Тагиде де Карвалью, помощник директора основных учреждений Колледжа естественных и математических наук и первый автор статьи.
В своем исследовании ученые использовали современный метод исследования — криоэлектронную томографию. Он позволяет получать трехмерные изображения объектов на нанометровом уровне, замораживая их в жидком азоте и сканируя электронным лучом. Ученые проводили исследования на бактерии Pseudomonas aeruginosa, которая способна вызывать серьезные инфекции у людей с ослабленным иммунитетом. Данную бактерию могут заражать два бактериофага: спутник PS-5 и помощник PP-7.
После первых наблюдений исследователи подвергли геномы спутников, помощников и их хозяев детальному анализу, раскрывая больше информации об этой загадочной вирусной взаимосвязи. Погружаясь внутрь клетки, большинство спутниковых вирусов обнаруживают присутствие гена, разрешающего им сливаться с генетическим материалом своего хозяина. Этот феномен позволяет спутнику безупречно размножаться при следующем проникновении помощника в цитоплазму. Интересно, что при делении хозяйской клетки происходит дублирование не только ее собственной ДНК, но и генетического материала спутника.
Ученым удалось обнаружить, что спутник PS-5 обладает уникальным белком на своей поверхности, благодаря которому он способен присоединяться к помощнику PP-7 на шейке вируса. Это происходит еще до внедрения ДНК помощника в бактериальную клетку. Таким образом, спутник PS-5 попадает в клетку вместе с помощником PP-7 и использует его белки и ферменты для своего размножения. Ученые предполагают, что такой механизм взаимодействия может быть распространен среди других спутников и помощников и иметь эволюционные преимущества для обоих типов вирусов.
