Вирусы научились обходить бактериальный иммунитет PARIS, подрывая перспективы фаговой терапии

Бактериальная клетка, зараженная вирусом, может пожертвовать собой, разрезая собственную РНК (розовый) с помощью иммунного эффекторного белка (зеленый), чтобы остановить распространение вируса. Автор: Мария Александрова

Исследователи из Сколтеха совместно с коллегами из Института Пастера и Университета Лотарингии (Франция) раскрыли механизмы работы недавно открытой бактериальной иммунной системы PARIS. Эта система может сделать патогенные для человека бактерии устойчивыми к фаговой терапии — перспективной альтернативе антибиотикам, которая использует вирусы-бактериофаги для уничтожения болезнетворных бактерий. Результаты исследования опубликованы в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society B.

Система PARIS заставляет зараженную бактериальную клетку самоуничтожаться, чтобы остановить распространение вируса. Она делает это, разрезая транспортные РНК (тРНК) — ключевые молекулы для синтеза белка. Без них клетка погибает.

Слева: Иммунная система бактериальной клетки, зараженной фагом, уязвимым к PARIS, разрезает три вида собственной тРНК клетки, убивая ее и подавляя размножение фага. Справа: Если фаг несет гены для синтеза трех аналогичных тРНК, на которые иммунная система не нападает, зараженная клетка остается жизнеспособной. Автор: Мария Александрова

В ходе адаптации вирусы научились обходить эту защиту. Они кодируют в своем геноме собственные молекулы тРНК и приносят их в клетку в качестве «замены». Эти молекулы-заменители функционально идентичны бактериальным, но структурно отличаются, что делает их невидимыми для системы PARIS.

«В этом исследовании мы уточнили наше понимание взаимодействия между фагами и иммунной системой PARIS несколькими способами, — заявила ведущий автор исследования Светлана Белухина, стажер-исследователь в Сколтехе. — Во-первых, мы показали, что PARIS атакует три тРНК, а не одну. Во-вторых, подтвердилось, что замена атакованных тРНК достаточна для побега вируса от PARIS. В-третьих, мы продемонстрировали, что эта защита — вопрос всего нескольких мутаций».

Результаты были получены в эксперименте с заражением бактерий кишечной палочки разными штаммами фагов. Один штамм, несущий 24 тРНК, был защищен от PARIS, а другой, с 13 тРНК, — нет, но приобретал защиту после добавления одной конкретной тРНК от первого фага.

Остается загадкой, почему другой штамм фага, также несущий 24 гена тРНК, устойчив к PARIS, но его версии трех ключевых тРНК не могут искусственно заменить целевые молекулы PARIS в других фагах. Это направление для будущих исследований.