Бактериофаги оказались адептами субдиффузии

В поисках добычи акула рыскает в толще воды, лев – в густой траве саванны, грабоид – в теле дрожащей земли, а бактериофаг – в слизи эпителия. В последнем случае «рыскает» не совсем верное слово. Фаги, как и остальные вирусы, не способны к самостоятельному передвижению, они просто плавают пассивно, пока не наткнутся на досужую бактерию с подходящими рецепторами на поверхности – тогда они ее инфицируют и начинают нещадно эксплуатировать ее аппарат репликации для собственного воспроизводства.

Традиционно считается, что фаги двигаются по слизи броуновским способом – беспорядочно, словно диффузия. Ученые решили разузнать, может, у них все же есть какие-то приемчики, повышающие шансы повстречать добычу. Для этого был изготовлен специальный биочип, эмулирующий слизистую поверхность эпителиальной клетки человеческого легкого, причем слизь в биочипе постоянно отслаивается и обновляется, как в реальной жизни. В эту слизь были введены кишечные палочки и фаги T4 двух типов: обычные, хорошо липнущие к слизи, и генетически модифицированные, не способные сцепляться с ее белками. В качестве контроля служила слизь с одними бактериями, без фагов.

Затем ученые стали наблюдать, насколько успешно фагам удается находить и убивать бактерий в слизи биочипа. Обычные фаги продемонстрировали сильный антимикробный эффект, сократив количество бактерий более чем в 4000 раз. От модифицированных же не было никакого толку – численность бактерий осталась такая же, как в контрольном тесте. Как показали дальнейшие опыты, это не связано с тем, что бедняжки не могут противостоять текучке слизи в силу своей неспособности зацепиться за нее: вместе со слизью утекало одинаковое количество как липких, так и нелипких фагов.

Однако, приглядевшись к ребятам сквозь мощный микроскоп, ученые увидели, что нормальные фаги двигаются в более отрывистой манере: отдыхают в одной точке, потом резко перемещаются в другую – физики называют подобный режим субдиффузией. Такое стаккато возможно благодаря тому, что фаги ловко хватаются за белки слизи во время дрейфа в ней. И эта стратегия оказывается весьма эффективной в условиях дефицита нужных бактерий.

«Если ты в слизистом слое с высокой плотностью бактерий, то у тебя довольно высокие шансы найти жертву, двигаясь беспорядочно. Рано или поздно ты в нее впишешься, – объясняет микробиолог Джереми Барр из Университета штата Сан-Диего (США), ведущий автор исследования. – Ежели бактерий мало или их разнообразие велико, становится сложно найти специфичную добычу. В этих условиях выгоднее двигаться субдиффузно, дольше задерживаться в одной локации и осуществлять более медленный поиск». Это делает бактериофагов уникальными среди хищников, добавляет специалист. Никто другой на Земле не использует субдиффузию в качестве охотничьей стратегии.

Убивая вредных бактерий, фаги невольно помогают иммунитету своих млекопитающих хозяев, формируя с ними симбиотические отношения. Если ученые научатся менять охотничьи стратегии фагов на генетическом уровне, это может значительно повысить эффективность фаговой терапии. Главное не переборщить и не превратить их в реально рыскающих охотников, которые не ограничатся одними лишь бактериями…


Текст: Виктор Ковылин. По материалам: SDSU NewsCenter
Научная статья: PNAS (Barr et al., 2015)

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если хотите поделиться информацией с вашими друзьями и подписчиками, обязательно ставьте активную ссылку на эту статью. С уважением, Батрахоспермум.


Комментарии:

Высказать свое мудрое мнение