Ученые из Медицинского института Джонса Хопкинса совершили прорыв в понимании бактериальных защитных механизмов. Они обнаружили, что бактерии способны защищаться от определенных вирусов-фагов, захватывая генетический материал от ослабленных, дремлющих фагов и используя его для создания своеобразной «вакцины».
Исследование, опубликованное 12 марта в журнале Cell Host & Microbe, показывает, как бактерии Streptococcus pyogenes, вызывающие стрептококковую ангину, используют в своих интересах так называемые умеренные фаги в период их бездействия. Бактерии похищают генетический материал этих дремлющих фагов, формируя биологическую «память» о захватчике, которую наследуют их потомки. Эта память позволяет новым бактериальным популяциям распознавать и бороться с этими вирусами в будущем.
«Концептуально этот процесс похож на вакцину с ослабленным вирусом», — объясняет Николас Кит, аспирант и первый автор исследования. Ответственным автором работы выступил Джошуа Моделл, доктор философии, адъюнкт-профессор молекулярной биологии и генетики Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса.
Значимость этого открытия выходит далеко за рамки фундаментальной науки. Оно помогает понять, как бактериальные клетки, вызывающие серьезные заболевания, такие как стафилококковые инфекции, кишечная палочка и холера, становятся токсичными для человека. Эта токсичность часто связана с генами, экспрессируемыми дремлющими фагами, находящимися внутри бактериальных клеток.
Для защиты от фагов бактерии используют системы CRISPR-Cas, которые способны разрезать ДНК фагов. Однако CRISPR-системы могут уничтожать только ту ДНК, которая соответствует «памяти» от предыдущих инфекций. Фактически, CRISPR действует как записывающее устройство, документирующее чужеродных захватчиков, с которыми сталкивались бактериальные штаммы.
В ходе исследования ученые инфицировали бактериальные популяции как естественно встречающимися фагами, которые могут переходить в дремлющее состояние, так и генетически модифицированными недремлющими фагами. Результаты показали, что система CRISPR бактерий была более эффективна при взаимодействии с естественно дремлющими фагами. Секвенирование генома позволило каталогизировать сотни тысяч новых ДНК-воспоминаний, созданных системой CRISPR Cas9. Важно отметить, что эти воспоминания создавались именно в период бездействия умеренных фагов.
Исследователи пришли к выводу, что система CRISPR Cas9 имеет уникальные взаимоотношения с умеренными фагами. Это открытие может иметь важные практические последствия. В будущем ученые планируют выяснить, как системы CRISPR защищают бактерии от вирусов, которые не переходят в дремлющее состояние.
Результаты этих исследований могут существенно повлиять на разработку «фаговых терапий» для лечения бактериальных инфекций, устойчивых к антибиотикам. Понимание механизмов бактериальной защиты открывает новые горизонты в борьбе с опасными патогенами, что особенно актуально в эпоху растущей антибиотикорезистентности.
Изображение носит иллюстративный характер
Исследование, опубликованное 12 марта в журнале Cell Host & Microbe, показывает, как бактерии Streptococcus pyogenes, вызывающие стрептококковую ангину, используют в своих интересах так называемые умеренные фаги в период их бездействия. Бактерии похищают генетический материал этих дремлющих фагов, формируя биологическую «память» о захватчике, которую наследуют их потомки. Эта память позволяет новым бактериальным популяциям распознавать и бороться с этими вирусами в будущем.
«Концептуально этот процесс похож на вакцину с ослабленным вирусом», — объясняет Николас Кит, аспирант и первый автор исследования. Ответственным автором работы выступил Джошуа Моделл, доктор философии, адъюнкт-профессор молекулярной биологии и генетики Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса.
Значимость этого открытия выходит далеко за рамки фундаментальной науки. Оно помогает понять, как бактериальные клетки, вызывающие серьезные заболевания, такие как стафилококковые инфекции, кишечная палочка и холера, становятся токсичными для человека. Эта токсичность часто связана с генами, экспрессируемыми дремлющими фагами, находящимися внутри бактериальных клеток.
Для защиты от фагов бактерии используют системы CRISPR-Cas, которые способны разрезать ДНК фагов. Однако CRISPR-системы могут уничтожать только ту ДНК, которая соответствует «памяти» от предыдущих инфекций. Фактически, CRISPR действует как записывающее устройство, документирующее чужеродных захватчиков, с которыми сталкивались бактериальные штаммы.
В ходе исследования ученые инфицировали бактериальные популяции как естественно встречающимися фагами, которые могут переходить в дремлющее состояние, так и генетически модифицированными недремлющими фагами. Результаты показали, что система CRISPR бактерий была более эффективна при взаимодействии с естественно дремлющими фагами. Секвенирование генома позволило каталогизировать сотни тысяч новых ДНК-воспоминаний, созданных системой CRISPR Cas9. Важно отметить, что эти воспоминания создавались именно в период бездействия умеренных фагов.
Исследователи пришли к выводу, что система CRISPR Cas9 имеет уникальные взаимоотношения с умеренными фагами. Это открытие может иметь важные практические последствия. В будущем ученые планируют выяснить, как системы CRISPR защищают бактерии от вирусов, которые не переходят в дремлющее состояние.
Результаты этих исследований могут существенно повлиять на разработку «фаговых терапий» для лечения бактериальных инфекций, устойчивых к антибиотикам. Понимание механизмов бактериальной защиты открывает новые горизонты в борьбе с опасными патогенами, что особенно актуально в эпоху растущей антибиотикорезистентности.
