Отряд фагов-самоубийц одолевает CRISPR

Как зубру не спастись от целой стаи волков, как шершень не может противостоять жару наползших на него пчел, как мамонту не гарантировано выживание при нападении ватаги неандертальцев, так и бактериям угрожают отряды бактериофагов, способных медленно, но верно изнурить их и изничтожить.

Бактериофаги – это вирусы, похожие на миниатюрные шприцы. Они садятся на бактерию и впрыскивают в нее свой генетический материал. Бактерия может себя защитить от этой заразы: она сохраняет в своей ДНК образец вирусных последовательностей и в дальнейшем, если в клетку попадают схожие, запускает производство разрушительных ферментов-ножниц, которые найдут их и порешат. Эта система бактериального иммунитета носит название CRISPR-Cas (далее просто CRISPR). В последние годы о ней много говорят в связи с тем, что ученые научились ее использовать для редактирования геномов эукариот, включая людей, – то есть для задач, с бактериями не связанных. Меж тем бактерии пользуются CRISPR уже на протяжении миллиардов лет.

Правда, работает она не всегда. В 2012 году канадский микробиолог Джозеф Бонди-Деноми натравил фагов на несчастных синегнойных палочек – многие вирусы были уничтожены, однако некоторые неожиданно выжили и заразили бактерий. Бонди-Деноми с коллегами показали, что осуществить это фагам помогли белки, которые «склеили» ферменты-ножницы системы CRISPR и тем самым инактивировали их. Между фагами и бактериями идет своеобразная гонка вооружений: бактерии применяют против фагов CRISPR, а фаги отвечают им белками анти-CRISPR.

Вот только этот анти-CRISPR, по идее, не должен работать. На то, чтобы построить белки анти-CRISPR внутри бактерии по матрице впрыснутых вирусных генов, требуется время. А бактерия тем временем уже запустила в ход CRISPR, и «ножницы» начали кромсать фагову ДНК еще до того, как белки анти-CRISPR оказались готовы выводить их из строя. «Это все равно что бежать наперегонки со временем», – говорит Бонди-Деноми, ныне работающий в Калифорнийском университете в Сан-Франциско (США).

Однако его аспирантка Адайр Боржес продемонстрировала, что слоупоки-фаги наперекор всем прогнозам могут эту гонку выиграть. Но только если их целая команда. Первый фаг, атакующий бактерию, беспощадно уничтожается ферментами системы CRISPR, прежде чем в работу включится анти-CRISPR. Тем не менее минимальная толика белков анти-CRISPR в клетке все же сформировалась – и в ней осталась. Эта убогая орда липких белочков лишь чуточку подавляет иммунитет бактерии. Следующий фаг точно так же будет ликвидирован, но и его мимолетное пребывание внутри бактерии не пройдет без следа – он оставляет в ней еще одну толику белков анти-CRISPR. И с каждым новым фагом число этих белков будет расти, пока не наступит переломный момент, когда CRISPR окажется не в состоянии с ними справиться. Вот тогда-то вирусы и овладеют многострадальной бактерией.

Схожий результат был независимо получен по другую сторону Атлантики научной группой под руководством Стинеке ван Хауте из Эксетерского университета (Великобритания). Британские специалисты выяснили, что успех фагов целиком и полностью зависит от их численности. Если их достаточно многочисленный отряд, то даже в случае провала заразительной миссии первыми из них последние непременно ее выполнят и бактерию одолеют. В общем-то именно благодаря первопроходцам-камикадзе миссия и оказывается в итоге успешной.

По мнению Джозефа Бонди-Деноми, есть в этом поведении вирусов нечто глубоко альтруистическое. Его можно уподобить тому, как животные жертвуют собой ради других, обычно родственных особей. Атакующие фаги тоже с большой долей вероятности генетически схожи, если не идентичны. Занимая в представлении биологов пограничное положение между живым и неживым, в данном случае вирусы проявляют себя как живое.


Текст: Виктор Ковылин. По материалам: The Atlantic
Научные статьи: Cell (Borges et al., 2018; Landsberger et al., 2018)

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если вы хотите поделиться с друзьями и подписчиками, можно использовать фрагмент и поставить активную ссылку на эту статью – мы будем рады. С уважением, Батрахоспермум.

Вас также могут заинтересовать статьи:
Вы пропускаете сквозь себя миллиарды вирусов ежедневно
Псевдомонашки взрывают себя в биопленке
Нейроны в мозге общаются… по-вирусячьи


Комментарии:

Высказать свое мудрое мнение