Бактерии стреляют в конкурентов самонаводящимися вирусными «ракетами»
За миллионы лет до того, как люди задумались над уничтожением бактерий, вирусы уже вовсю делали это. Бактериофаги (или просто «фаги») были открыты совершенно случайно. Несколько микробиологов практически одновременно обнаружили на газонах (поверхности, где расселяются колонии бактерий) абсолютно стерильные пятна. Как оказалось, их расчистили особые вирусы-фаги, питающиеся патогенными бактериями.
Сейчас специально модифицированные фаги считаются самыми перспективными способами борьбы с болезнетворными микроорганизмами. Особенно с теми, у которых сформировалась устойчивость к антибиотикам.
Но как оказалось, люди были далеко не первыми, кто привлек фагов на целенаправленную борьбу с бактериями. В последнее время исследователи зафиксировали ряд случаев, когда сами бактерии сохраняли фрагменты вирусов в своих ДНК, превращая их в оружие для уничтожения конкурентов. И, судя по расшифровке генома, бактерии ведут вирусные войны уже очень давно.
Открытие сделали немецкие ученые, когда решили изучить популяцию бактерий, связанных с дикорастущим германским растением. Исследуемая популяция включала в себя различных представителей рода Pseudomonas, которые являются опасными патогенами для растений.
При этом микробиологи обнаружили достаточно странную ситуацию. Как правило, на пораженном организме доминирует один штамм, подавив всех остальных соперников. В данном случае популяция Pseudomonas включала в себя большое количество разных штаммов, но они как-то уживались между собой.
Исследователей этот факт очень заинтересовал, и они извлекли более 1500 геномов из изучаемой бактериальной популяции. Выяснилось, что в 99,99% геномов имелись фрагменты вируса, правда, неполноценного, если сравнивать с действующим вирусом. Скорее всего, когда-то вирус проник в бактерию, встроился в ее ДНК, но был каким-то образом отключен и теперь находится в геноме.
Наличие отключенных вирусов в ДНК — вообще не удивительно. Даже у нас в геноме есть значительное количество таких «закладок». Интересно другое: обычно бактерии крайне трепетно относятся к собственной ДНК и достаточно быстро выбрасывают из нее чужеродные фрагменты.
А тут ситуация была совершенно обратная. Вирус в популяции бактерий был один и тот же, встроен у всех микроорганизмов в одно и то же место, и гены, из-за которых он не работал, везде отсутствовали те же самые. В итоге ученые назвали вариант вируса, сидящего в ДНК бактерий, VC2.
Большинство фагов имеют стандартную «внешность»: сверху — крупная «голова», где содержится генетический материал, снизу — «ножки», которыми фаг крепко вцепляется в свои жертвы. Как только происходит контакт, тело вируса сокращается, и генетическая информация начинает «перекачиваться» в бактерию.

Фаги атакуют болезнетворную бактерию
У VC2 из-за некоторых отключенных генов нет «головы» с ДНК, и он уже не способен «заражать» бактерии. Вирус больше похож на иглу с пружинным приводом. Он цепляется к чужой бактерии, пробивая ее клеточную мембрану. В результате образуется дыра в цитоплазме, через которую вытекает внутриклеточная жидкость, и бактерия таким образом погибает.
У микробиологов вирусы, подобные VC2, получили название тайлоцины. Это своего рода самонаводящиеся ракеты, которыми бактерии обстреливают друг друга. Самое интересное, что тайлоцины не убивают всех подряд, а, напротив, действуют избирательно, уничтожая определенные виды бактерий.

От фага тайлоцин отличается прежде всего отсутствием «головы»
Чтобы окончательно убедиться, что VC2 относится к тайлоцинам, ученые вырастили несколько бактерий, удалили из них лишние белки и увидели в микроскоп безголовых фагов. Они не действовали на штамм, который их произвел, зато отлично убивали бактерии других штаммов в той же популяции. Напоследок микробиологи удалили в VC2 несколько важных генов, после чего тайлоцин перестал уничтожать другие бактерии.
В результате серии направленных тестов было выявлено, что устойчивость VC2 из поколения в поколение придает особая мутация, которая не дает вирусу образовывать сложные молекулы сахара на поверхности белков. В то же время его «ножки» закодированы так, чтобы максимально крепко цепляться за подобные сахара на чужеродных бактериях.
Исследователи говорят, что, по сути, перманентная борьба бактерий — это война всех против всех. В этой бесконечной битве каждый штамм бактерий является и жертвой, и агрессором. Представьте себе старый американский фильм, где в баре дерется целая толпа людей, но не стенка на стенку, а хаотично: первый встречный со всего размаху отвешивает оплеуху случайному соседу.
Вот так же и штаммы бактерий стреляют в конкурентов кусочками вирусов, надеясь получить хотя бы временное преимущество. Такие войны с применением тайлоцинов длятся очень долго. Изучив старые образцы бактерий, ученые обнаружили, что многие варианты вируса имеют возраст 200 лет и более.
Сейчас специально модифицированные фаги считаются самыми перспективными способами борьбы с болезнетворными микроорганизмами. Особенно с теми, у которых сформировалась устойчивость к антибиотикам.
Но как оказалось, люди были далеко не первыми, кто привлек фагов на целенаправленную борьбу с бактериями. В последнее время исследователи зафиксировали ряд случаев, когда сами бактерии сохраняли фрагменты вирусов в своих ДНК, превращая их в оружие для уничтожения конкурентов. И, судя по расшифровке генома, бактерии ведут вирусные войны уже очень давно.
«Любимый» вирус
Открытие сделали немецкие ученые, когда решили изучить популяцию бактерий, связанных с дикорастущим германским растением. Исследуемая популяция включала в себя различных представителей рода Pseudomonas, которые являются опасными патогенами для растений.
При этом микробиологи обнаружили достаточно странную ситуацию. Как правило, на пораженном организме доминирует один штамм, подавив всех остальных соперников. В данном случае популяция Pseudomonas включала в себя большое количество разных штаммов, но они как-то уживались между собой.
Исследователей этот факт очень заинтересовал, и они извлекли более 1500 геномов из изучаемой бактериальной популяции. Выяснилось, что в 99,99% геномов имелись фрагменты вируса, правда, неполноценного, если сравнивать с действующим вирусом. Скорее всего, когда-то вирус проник в бактерию, встроился в ее ДНК, но был каким-то образом отключен и теперь находится в геноме.
Наличие отключенных вирусов в ДНК — вообще не удивительно. Даже у нас в геноме есть значительное количество таких «закладок». Интересно другое: обычно бактерии крайне трепетно относятся к собственной ДНК и достаточно быстро выбрасывают из нее чужеродные фрагменты.
А тут ситуация была совершенно обратная. Вирус в популяции бактерий был один и тот же, встроен у всех микроорганизмов в одно и то же место, и гены, из-за которых он не работал, везде отсутствовали те же самые. В итоге ученые назвали вариант вируса, сидящего в ДНК бактерий, VC2.
Фаг без головы
Большинство фагов имеют стандартную «внешность»: сверху — крупная «голова», где содержится генетический материал, снизу — «ножки», которыми фаг крепко вцепляется в свои жертвы. Как только происходит контакт, тело вируса сокращается, и генетическая информация начинает «перекачиваться» в бактерию.

Фаги атакуют болезнетворную бактерию
У VC2 из-за некоторых отключенных генов нет «головы» с ДНК, и он уже не способен «заражать» бактерии. Вирус больше похож на иглу с пружинным приводом. Он цепляется к чужой бактерии, пробивая ее клеточную мембрану. В результате образуется дыра в цитоплазме, через которую вытекает внутриклеточная жидкость, и бактерия таким образом погибает.
У микробиологов вирусы, подобные VC2, получили название тайлоцины. Это своего рода самонаводящиеся ракеты, которыми бактерии обстреливают друг друга. Самое интересное, что тайлоцины не убивают всех подряд, а, напротив, действуют избирательно, уничтожая определенные виды бактерий.

От фага тайлоцин отличается прежде всего отсутствием «головы»
И 2000 лет война…
Чтобы окончательно убедиться, что VC2 относится к тайлоцинам, ученые вырастили несколько бактерий, удалили из них лишние белки и увидели в микроскоп безголовых фагов. Они не действовали на штамм, который их произвел, зато отлично убивали бактерии других штаммов в той же популяции. Напоследок микробиологи удалили в VC2 несколько важных генов, после чего тайлоцин перестал уничтожать другие бактерии.
В результате серии направленных тестов было выявлено, что устойчивость VC2 из поколения в поколение придает особая мутация, которая не дает вирусу образовывать сложные молекулы сахара на поверхности белков. В то же время его «ножки» закодированы так, чтобы максимально крепко цепляться за подобные сахара на чужеродных бактериях.
Исследователи говорят, что, по сути, перманентная борьба бактерий — это война всех против всех. В этой бесконечной битве каждый штамм бактерий является и жертвой, и агрессором. Представьте себе старый американский фильм, где в баре дерется целая толпа людей, но не стенка на стенку, а хаотично: первый встречный со всего размаху отвешивает оплеуху случайному соседу.
Вот так же и штаммы бактерий стреляют в конкурентов кусочками вирусов, надеясь получить хотя бы временное преимущество. Такие войны с применением тайлоцинов длятся очень долго. Изучив старые образцы бактерий, ученые обнаружили, что многие варианты вируса имеют возраст 200 лет и более.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
3700-летний вирус, спрятанный в средневековых книгах, только что убил 500 тысяч животных
Сколько еще патогенов дремлет в библиотечных хранилищах Европы и России, точно не скажет ни один ученый...
«Этого не должно происходить»: что ученые нашли в облаках Венеры
Там возможны абсолютно другие, просто невероятные формы жизни. И эксперименты это доказали...
Молилась и убивала: какой диагноз ставят Салтычихе психиатры и психологи?
Ученые говорят: феномен жестокости самой страшной помещицы России разгадан, но......
Супервспышка-1947: тогда Земля избежала триллиона бомб. Но успокоилось ли Солнце?
Астрофизики говорят, что нам очень повезло со звездой. Но шансы на глобальную катастрофу все-таки есть...
Карта 1587 года и Ноев ковчег: почему место совпало с раскопками на Арарате?
Длина «судна», кстати, тоже совпала, и это не может не настораживать...
«Выстрел» прямо в Землю: астрономы обнаружили черную дыру, выбрасывающую струю в сторону нашей планеты
Ученые рассказали, как это поможет разгадать важную космическую тайну...
Камчатка 1000 лет назад: археологи заглянули в исчезнувший мир из космоса
Предков этих людей изгнало мощное извержение вулкана, но через столетия они вернулись в родные земли...
Жизнь за пределами Земли: что рассказала ученым межзвездная комета 3I/ATLAS?
Объект настолько древний, что его возраст крайне сложно представить. И это не единственная загадка пришельца из глубокого космоса...
Нашли тайную комнату в гробнице Тутанхамона: почему там может быть Нефертити?
Если гипотеза подтвердится, это будет крупнейшее археологическое открытие современной эпохи...
Астрономы поймали сигнал из космоса: пришельцы или помеха?
И почему главная проблема в том, что мы мастерски сами себе мешаем за пределами Земли?...
928 разбросанных костей в Гёбекли-Тепе: спустя 30 лет раскопок тайна древнейшего храма наконец-то раскрыта
Однако археологи признаются: от открытия им проще не стало. Напротив, все еще больше запуталось...
Черная смерть — двигатель прогресса: как эпидемия чумы в корне поменяла ход истории в Европе
Неожиданно: книгопечатание, отмена крепостного права, раскол западного христианства — это лишь немногие последствия пандемии...
Поделили Москву на «зоны влияния»: генетики рассказали, как живут крысиные «народы» столицы
Почему московские грызуны оказались «неуязвимыми мутантами» и зачем им реки для жизни?...
Тихий океан стал вести странно: молодая вода быстро стареет, а старая, наоборот, молодеет. В чем причина?
Особенно страдает северная часть океана. Но и есть хорошая новость...
Таинственные пещерные иероглифы в Мексике раскрывают давно потерянную письменность
Оказалось, что разгадки лучше всего искать не в городах, а на склонах гор в глуши...
Не хуже Тутанхамона: почему сокровища забытых цариц из Ассирии поразили ученых?
Особенно загадочной оказалось гробница II, причем ее тайна до конца не раскрыта и по сей день...