Віруси бактерій виявилися здатними зчитувати хімічні сигнали інших видів про те, скільки ще є доступних для захоплення бактерій, і на основі цього вирішувати, впадати їм у сплячку чи активно розмножуватися. Але таке «підслуховування» виявилося корисним лише для вірусів, що самі створюють ці хімічні сигнали, але не для тих, що їх зчитують. Оскільки віруси бактерій розглядають як засіб боротьби зі стійкими до антибіотиків інфекціями, то можливість впливати на поведінку цих вірусів покращить ефективність таких засобів. Дослідження опублікували в журналі Cell.
Колонія бактерій Bacillus subtilis, на яких перевіряли здатність бактеріофагів зчитувати хімічні сигнали одне одного. Elvina Smith
Як різні живі організми можуть спілкуватися між собою?
Тварини нерідко користуються чужими попередженнями про небезпеку: наприклад, ігрунки можуть приймати рішення про взаємодію з якоюсь особиною, спостерігаючи за її взаємодіями з іншими членами групи. Але це не обмежується внутрішньовидовими взаємодіями, адже американські птахи кульони підслуховують попередження гризунів про небезпеку хижаків, а птахи з усього світу видають схожий звук для попередження про зозуль.
Часто такі сигнали впливають на конкуренцію між особинами: соловейки можуть підлаштовувати свої співи під співи суперників за самицю, щоб збільшити свої шанси на розмноження. А самці морських слонів розпізнали співи своїх суперників і вирішили віддалитися, якщо знали, що ці співи належать більшим за них особинам. Такі взаємини зберігаються й на мікрорівні: різні види бактерій і грибів впливають на ріст одне одного за допомогою хімічних сигналів. Але британсько-американська команда науковців на чолі з фахівцями Університету Ексетера вирішила дослідити, як впливають одне на одного віруси — організми, що не мають клітинної будови та навіть не виробляють власні сигнальні сполуки.
Що з’ясували про вплив вірусів одне на одного?
Науковці досліджували віруси бактерій, звані бактеріофагами. Дослідники зосередилися на переході між двома варіантами поведінки, яку бактеріофаги можуть показувати, коли потрапляють усередину бактерій: лізис бактерії, тобто швидке розмноження бактеріофага із загибеллю клітини-носія й поширенням копій вірусу, і лізогенію, тобто його проникнення в ДНК і вичікування сприятливіших умов у «сплячці». Деякі бактеріофаги здатні змушувати бактерію виробляти короткі послідовності амінокислот — сигнальні пептиди. Їх висока концентрація вказує представникам їхнього виду на нестачу доступних клітин-носіїв і користь від переходу на лізогенію, тоді як низька — на переваги від лізису, адже поруч є багато потенційних носіїв.
Бактеріофаги під електронним мікроскопом. Citizen Phage Library and the Bioimaging Centre, University of Exeter
Щоб з’ясувати, як сигнальні пептиди від різних видів бактеріофагів впливають на них, науковці досліджували вільноживучі бактерії роду Bacillus, які в природі часто стають носіями бактеріофагів. Проаналізувавши ДНК бактерій, у якій ховаються лізогенні форми бактеріофагів, науковці з’ясували, що у понад половини був лише один бактеріофаг, здатний надсилати хімічні сигнали. Але різні види бактеріофагів усе ж доволі часто стикалися одне з одним у природі. У 35 відсотках бактеріальних геномів знайшли по два види, у 4,3 і 3,9 відсотка — по три і чотири види, а в одній бактерії — вісім видів бактеріофагів.
Щоб протестувати здатність бактеріофагів реагувати на сигнальні пептиди іншого виду, науковці заразили бактерію B. subtilis вірусом, нездатним виробляти власні пептиди, а потім додали до колонії пептиди від восьми різних видів бактеріофагів. У відповідь на притаманні його виду пептиди та ще чотири пептиди споріднених видів бактеріофаг перейшов до лізогенії, хоча навколо були доступні для зараження бактерії. У наступних експериментах науковці підтвердили, що деякі бактеріофаги здатні реагувати навіть на сигнальні пептиди не від споріднених видів.
Чому таке спілкування між вірусами шкодить частині з них?
Сигнальні пептиди у вірусів еволюціонували, найімовірніше, для збереження ресурсів, адже передчасне вбивство бактерії зашкодило б і вірусу, що не може без неї виживати. Тому коли спілкування за допомогою цих пептидів відбувається між бактеріофагами одного виду, це збільшує імовірність виживання виду. Але коли інший вид бактеріофагів покладається на ці сигнали, він може втрачати можливість захопити нові бактерії, наприклад, того виду, який не уражає бактеріофаг-відправник сигналу. Таким чином вірус-відправник сигнальних пептидів може навіть придушувати конкурентів.
Як бактеріофаги використовують у боротьбі з бактеріями
💊 Застосування бактеріофагів повернуло чутливість до ліків стійкій до антибіотиків бактерії, яка є збудником внутрішньолікарняних інфекцій.
🐟 А комбінація антибіотиків і бактеріофагів вилікувала рибок даніо-реріо від муковісцидозу, спричиненого стійкою до ліків бактерією.
🦠 Невідомі науці бактеріофаги, які можуть бути корисними у боротьбі з бактеріями, знаходили у Маріанській западині та в кризі віком понад 14 тисяч років.
