Ученые Сколтеха и Института Пастера и университета Лотарингии (Франция) изучили механизм работы недавно открытой иммунной системы бактерий PARIS. Это исследование необходимо для развития фаготерапии — лечения инфекций с помощью вирусов-бактериофагов вместо антибиотиков. Растущая устойчивость бактерий к антибиотикам усложняет лечение, поэтому специалисты находятся в поиске новых методов борьбы с бактериальными инфекциями.
Сложность заключается в том, что у бактерий есть собственный иммунитет. За последние годы открыто около 150 таких систем, включая PARIS. Ее принцип действия — жертвенный: при вирусной атаке система разрушает ключевые молекулы транспортной РНК самой бактерии. Это прекращает синтез белка, ведет к гибели клетки и предотвращает распространение инфекции.
Адаптация вирусов к системе PARIS заключается в способности кодировать в собственном геноме гены тРНК, аналогичные тем, что разрушаются в бактерии. Синтезированные клеткой по вирусной инструкции, эти молекулы выполняют ту же функцию, что и оригинальные, но благодаря отличиям в структуре остаются невидимыми для иммунитета, что предотвращает гибель зараженной клетки.
Способность фагов кодировать тРНК варьируется: одни штаммы не имеют таких генов, другие производят замену для одной или даже 24 различных тРНК — это почти полный набор тРНК, обычно используемых кишечной палочкой. Ранее назначение этого избыточного, казалось бы, механизма оставалось для ученых загадкой.
Мы уточнили понимание того, как фаги взаимодействуют с иммунной системой PARIS. Во-первых, мы показали, что PARIS атакует не одну, а три разные тРНК. Подобным образом действуют некоторые известные токсины. Во-вторых, мы подтвердили, что замены атакованных тРНК достаточно, чтобы защитить вирус от этого иммунного ответа. Наконец, в-третьих, мы продемонстрировали, что подобное приспособление вируса — это вопрос лишь нескольких мутаций: даже среди близкородственных штаммов одного вируса, которые весьма схожи, один может нести необходимые для уклонения от PARIS подменные тРНК, а другой нет. И по одному лишь геному вируса пока нельзя сказать, есть ли у него успешная адаптация.
Эксперимент подтвердил роль тРНК в устойчивости к PARIS. Кишечную палочку заразили тремя фагами:
- штамм с 24 тРНК — был устойчив;
близкородственный штамм с 13 тРНК — был уязвим, но становился устойчивым после добавления одной из недостающих тРНК первого фага;
неродственный фаг без тРНК — потребовал искусственного введения замен для всех трех мишеней PARIS.
Осталась нерешенной загадка другого устойчивого фага с 24 тРНК, чьи гены отличаются от генов первого вируса. Его тРНК не защищают уязвимые фаги, и причина устойчивости самого этого вируса, а также сильного влияния небольших мутаций в генах тРНК на иммунитет, пока неизвестны.
Работа углубляет понимание взаимодействия вирусов и бактерий, необходимое для совершенствования фаготерапии. Результаты опубликованы в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society B.
Ранее Наука Mail писала о том, что российские ученые нашли слабое место у «супергрибка».
