«Дрессированные» вирусы помогают бактериям с доставкой полезных генов

Доставку заказывали? Бактерии используют «одомашненные» вирусы как курьеров для передачи генетической информации, ускоряя распространение устойчивости к антибиотикам в микробном сообществе.

Слева: флуоресцентная микроскопия, показывающая бактериальные клетки C. crescentus, продуцирующие частицы GTA. Справа: криоэлектронно-микроскопическая томограмма, показывающая «поперечный разрез» одной клетки C. crescentus, продуцирующей частицы GTA (пурпурного и желтого цветов). Слои бактериальной оболочки показаны синим, голубым и зеленым цветами. Видна гранула для хранения питательных веществ (серая). Рибосомы (белковые фабрики) показаны оранжевым цветом. Автор: доктор Эмма Бэнкс

Источник: https://phys.org/

Бактерии научились использовать «одомашненные» древние вирусы как своеобразных курьеров для доставки генетических инструкций соседним клеткам. Такой механизм ускоряет распространение полезных для бактерии признаков — в том числе устойчивости к антибиотикам — и может существенно изменить понимание эволюции микромира. Об этом сообщает статья в журнале Nature Microbiology.

Вирусы, которые перестали быть врагами

Исследователи обнаружили частицы, которые были похожи на бактериофагов — естественных врагов бактерий. Однако эти частицы уже не вели себя как полноценные вирусы: они оказались «приручены» самими бактериями и находились под контролем клетки-хозяина. «Дрессированные» вирусы по команде прыгали через горящий обруч захватывали фрагменты бактериальной ДНК и переносили их к другим бактериям, действуя как разносчики генетической почты. Автлоры назвали их агентами переноса генов (gene transfer agents или GTA).

Этот процесс относится к так называемому горизонтальному переносу генов — форме обмена ДНК между организмами одного поколения. Благодаря ему бактерии могут быстро распространять полезные свойства, включая устойчивость к антибиотикам, метаболические способности, факторы выживания или вирулентности.

A) Схема регулирования GTA у C. crescentus. B) Cлева: фазово-контрастная микроскопия штаммов C. crescentus. Масштабные линейки, 2 мкм. Справа: количественная оценка клеток-призраков как доли от общей популяции. С) Cхема построения штамма для mNG-репортера для активации GTA. D) Cлева: изображения с помощью флуоресцентной микроскопии штаммов дикого типа (WT) и ∆rogA, содержащих репортерное слияние vanA::PgtaT-mNG. Масштабные столбцы, 2 мкм. Справа: количественная оценка трех различных типов клеток в каждой популяции: нефлуоресцирующие клетки в фазовой темноте, флуоресцирующие клетки в фазовой темноте и нефлуоресцирующие призрачные клетки в фазовой темноте. E) Cнимки с флуоресцентной микроскопии, сделанные в режиме реального времени со штаммом ∆rogA vanA::PgtaT-mNG, демонстрирующие активацию GTA (сигнал mNG) с последующим лизисом клеток.

Источник: https://www.nature.com/

Что это значит для медицины

Подобный обмен генами, отданный на «аутсорсинг», позволяет микробам адаптироваться значительно быстрее, чем при обычной эволюции. Это помогает объяснить, почему устойчивость к антибиотикам иногда стремительно распространяется даже среди разных видов бактерий.

Ученые полагают, что такие вирусоподобные «курьеры» представляют собой промежуточную форму между вирусами и клеточными агентами передачи генов. Их изучение может помочь разработать новые способы контроля распространения устойчивости к антибиотикам или создать биотехнологические инструменты доставки генетического материала.

Вирусы давно используются как инструменты доставки генов: в генной терапии специально модифицированные вирусные векторы помогают переносить ДНК в клетки человека.

Бактерии уже миллиарды лет обмениваются генами горизонтально, что ускоряет их эволюцию и появление новых свойств быстрее, чем при классическом наследовании из поколения в поколение.

В геномах человека и других организмов сохранилось множество фрагментов древних вирусов, которые сегодня участвуют в регулировании активности генов и развитии клеток и даже защищают нас от смерти. Подробнее об этом — здесь.