Тайна вирусного объятия: потрясающее открытие в мире микробов

В мире микробов существует множество разных видов вирусов, которые заражают бактерии, археи и другие одноклеточные организмы. Некоторые из этих вирусов могут существовать только при наличии другого вируса, который помогает им размножаться. Такие вирусы называются спутниками, а те, которые им помогают, — помощниками. Однако до недавнего времени не было известно, как именно спутники и помощники взаимодействуют друг с другом на молекулярном уровне.

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.


— 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.