Бактерии используют более 200 стратегий защиты от вирусов

Функциональный метагеномный анализ антифаговой защиты. Автор: Cell Host & Microbe (2025). DOI: 10.1016/j.chom.2025.07.005

Исследователи из Медицинского центра UT Southwestern обнаружили более 200 стратегий, которые бактерии используют для защиты от вирусных инфекций. Результаты их работы, опубликованные в журнале Cell Host & Microbe, проливают свет на «гонку вооружений» между микробами и вирусами, что может привести к новым методам борьбы с инфекционными бактериями.

«В природе существует огромное количество стратегий защиты от фагов, о которых мы пока ничего не знаем», — отметил Кевин Форсберг, доктор философии, доцент микробиологии в UT Southwestern. «Эти открытия однажды могут помочь улучшить методы лечения антибиотикорезистентных бактериальных инфекций».

Доктор Форсберг совместно с Луисом Родригес-Родригесом, аспирантом пятого года обучения в UT Southwestern, возглавил это исследование — первую независимую публикацию лаборатории Форсберга.

Как и все живые организмы, бактерии постоянно подвергаются атакам вирусов. Вирусы, заражающие бактерии, называются бактериофагами, или просто «фагами». В ответ бактерии эволюционировали множество способов защиты, а вирусы, в свою очередь, разработали стратегии обхода этих защитных механизмов — большинство из которых до сих пор остаются неизученными, пояснил доктор Форсберг.

Большинство исследований по выявлению антифаговых защитных механизмов основывались на склонности генов защиты группироваться в бактериальном геноме. Таким образом, обнаружение одного гена защиты часто вело к другим, просто благодаря его расположению в единственной кольцевой хромосоме бактерии. Хотя этот метод «вины по ассоциации» помог идентифицировать множество антифаговых генов, ученые предполагали, что их существует еще сотни.

Используя новый подход, доктор Форсберг, Родригес-Родригес и их коллеги извлекли ДНК из бактерий, обитающих в образцах человеческого кала, ротовой полости и почвы. Разделив эту ДНК на небольшие фрагменты, содержащие по три-четыре гена, исследователи вставили их в кишечную палочку Escherichia coli, которая часто используется в лабораторных исследованиях.

Затем они выращивали эти бактерии в чашках Петри, покрытых одним из семи типов фагов, атакующих E. coli, и искали микроорганизмы, выжившие после вирусной атаки и образовавшие колонии — признак того, что вставленный фрагмент ДНК содержал ген защиты от фагов.

Этот метод позволил обнаружить более 200 систем защиты от фагов, включая множество ранее неизвестных. Более детальный анализ показал, что некоторые из этих генов кодируют нуклеазы — ферменты, расщепляющие ДНК или РНК. Другие гены отвечали за ферменты, активирующиеся только при наличии модификаций в нуклеиновых кислотах — например, присоединения сахаров или белков, что часто используется вирусами для уклонения от бактериальных защитных механизмов.

Также были найдены гены, кодирующие поверхностные белки бактерий, препятствующие связыванию фагов, и гены, вызывающие «абортивную инфекцию» — процесс, при котором зараженная бактерия переходит в спящее состояние или погибает, чтобы защитить соседние клетки от заражения.

Однако, как отметил доктор Форсберг, функции большинства обнаруженных генов защиты остаются неизвестными. Он и его коллеги планируют изучить их роль в будущих исследованиях.

В работе также приняли участие Винсент Тальябраччи, доктор философии, доцент молекулярной биологии, а также аспиранты Джеймс Пфистер, Арабелла Мартин и Луис Меркадо-Сантьяго.

Дополнительная информация: Luis Rodriguez-Rodriguez et al, Metagenomic selections reveal diverse antiphage defenses in human and environmental microbiomes, Cell Host & Microbe (2025). DOI: 10.1016/j.chom.2025.07.005

Источник: UT Southwestern Medical Center