«Воспитанные» вирусы содействуют бактериям в переносе полезных генов

Доставку заказывали? Бактерии применяют «одомашненные» вирусы в качестве курьеров для передачи генетической информации, что способствует ускорению распространения устойчивости к антибиотикам в микробных сообществах.Слева: флуоресцентная микроскопия, демонстрирующая бактериальные клетки C. crescentus, которые производят частицы GTA. Справа: криоэлектронно-микроскопическая томограмма, показывающая «поперечный разрез» одной клетки C. crescentus, создающей частицы GTA (пурпурные и желтые). Слои бактериальной оболочки обозначены синим, голубым и зеленым цветами. Видна гранула для хранения питательных веществ (серая). Рибосомы (белковые фабрики) показаны оранжевым цветом. Автор: доктор Эмма БэнксИсточник: https://phys.org/

Бактерии освоили использование «одомашненных» древних вирусов в качестве курьеров для передачи генетических инструкций соседним клеткам. Этот механизм способствует ускорению распространения выгодных для бактерий признаков — в том числе устойчивости к антибиотикам — и может значительно изменить наше понимание эволюции микромира. Об этом сообщается в статье в журнале Nature Microbiology.

Вирусы, которые перестали быть врагами

Исследователи нашли частицы, напоминающие бактериофагов — естественных противников бактерий. Однако эти частицы уже не ведут себя как полноценные вирусы: они были «приручены» самими бактериями и находятся под контролем клетки-хозяина. «Дрессированные» вирусы по сигналу захватывали фрагменты бактериальной ДНК и переносили их к другим бактериям, действуя как разносчики генетической информации. Авторы назвали их агентами переноса генов (gene transfer agents или GTA).

Этот процесс относится к горизонтальному переносу генов — форме обмена ДНК между организмами одного поколения. С его помощью бактерии способны быстро распространять полезные качества, включая устойчивость к антибиотикам, метаболические способности, факторы выживания или вирулентности.

A) Схема регулирования GTA у C. crescentus. B) Слева: фазово-контрастная микроскопия штаммов C. crescentus. Масштабные линейки, 2 мкм. Справа: количественная оценка клеток-призраков как доли от общей популяции. C) Схема построения штамма для mNG-репортера для активации GTA. D) Слева: 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) Снимки 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

Такой обмен генами, передаваемый на «аутсорсинг», позволяет микробам адаптироваться значительно быстрее, чем при традиционной эволюции. Это помогает объяснить, почему устойчивость к антибиотикам иногда стремительно распространяется даже среди различных видов бактерий.

Ученые считают, что подобные вирусоподобные «курьеры» представляют собой промежуточную форму между вирусами и клеточными агентами передачи генов. Их изучение может способствовать разработке новых методов контроля распространения устойчивости к антибиотикам или созданию биотехнологических инструментов для доставки генетического материала.

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

Бактерии на протяжении миллиардов лет обмениваются генами горизонтально, что ускоряет их эволюцию и возникновение 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.

Фото: hi-tech.mail.ru