Недавнее исследование, проведенное Каталонским институтом водных ресурсов (ICRA-CERCA) в соавторстве с микробиологами из Китая и Финляндии и опубликованное в журнале iMeta, показывает, как вирусы-бактериофаги (или просто фаги), незаметно изменяют генетический ландшафт кишечной сальмонеллы (Salmonella enterica) к выгоде последней. Эта бактерия сегодня является основной причиной пищевых инфекций во всем мире.
Транспортируя и распространяя гены вирулентности по экосистемам, вирусные переносчики усиливают способность патогена инфицировать человека и животных, сохраняться и эволюционировать даже в неблагоприятных условиях. В то же время исследование раскрывает мощный антивирусный механизм самой сальмонеллы. Перспектива обойти этот защитный барьер дает новую надежду на разработку терапевтических стратегий, которые смогут «реабилитировать» фагов-коллаборантов.
В ходе совместного исследования было проанализировано более 466 000 геномов S. enterica и более 5000 вирусных последовательностей из глобальных баз данных.
Полученные результаты показывают, что фаги выступают в роли глобальных переносчиков генов, которые повышают вирулентность бактерий. Список переносимых вирусами генов включает fliC, iacP, mgtB и misL. Эти гены отвечают за подвижность бактерий, их колонизацию и «чувство кворума», проникновение в организм хозяина.
Мингминг Сун старший автор исследования и профессор Нанкинского сельскохозяйственного университета, отметил, что фаги — не просто «пассивные пассажиры в микробных экосистемах». Они являются активными участниками эволюции бактерий, и в данном случае они помогают распространять гены, которые могут сделать сальмонеллу более опасной.
Исследовательская группа использовала филогенетический анализ, выявив заметное генетическое сходство между генами вирулентности, обнаруженными у фагов, и генами, присутствующими у сальмонеллы. Это дает четкие доказательства горизонтального переноса генов. Многие фаги содержат генетические элементы, которые, попав внутрь бактерии, могут быть расшифрованы и транслированы с помощью клеточных механизмов хозяина, повышая бактериальную вирулентность. Правда, бактерии, в которую проник фаг, надо суметь выжить.
Возможно, самое неожиданное открытие было сделано в самой сальмонелле. Исследователи идентифицировали регуляторный ген csrA, который функционирует как естественный защитный механизм. При избыточной экспрессии csrA вмешивается в жизненный цикл фага, усиливая экспрессию гена-репрессора cI. Это уменьшает активацию и высвобождение профагов, тем самым с одной стороны защищая бактериальную колонию от прожорливых незваных гостей, а с другой ограничивая распространение генов вирулентности в популяциях бактерий.
Мы были удивлены тем, насколько эффективно ген csrA подавляет активность профагов. Получается, бактерии выработали внутренний тормоз, чтобы защитить себя и от фагов, и от повышения собственной вирулентности.
Исследование представляет несомненный интерес для глобального общественного здравоохранения и безопасности пищевых продуктов. Поскольку фаготерапия изучается в качестве альтернативы антибиотикам, обеспечение того, чтобы терапевтические фаги не содержали генов вирулентности, становится критически важным. Исследователи подчеркивают необходимость тщательного скрининга или конструирования, чтобы свести к минимуму риск горизонтального переноса генов.
В то же время понимание роли бактериальных регуляторных генов, таких как csrA, может открыть новые возможности для контроля распространения генов вирулентности. Эти знания могут помочь в разработке микробиологических стратегий для ограничения эволюции и передачи патогенов в животноводстве, пищевой промышленности и торговле продуктами питания, с которыми передается возбудители кишечных инфекций..
О хитрости и коварстве микроорганизмов рода Salmonella читайте в материале Hi-Tech Mail.
