Вирусы-«трояны» крадут гены бактерий, чтобы уничтожать их энергосистемы

Глобальное распространение цианофагов, подобных T7, с генами nblA и без них. Автор: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09656-x

Морские вирусы используют изощрённую тактику «троянского коня», которая позволяет им разрушать энергетические системы океанических бактерий и использовать продукты распада для собственного размножения. К такому выводу пришли исследователи из Техниона — Израильского технологического института в исследовании, опубликованном в журнале Nature.

Статья стала результатом уникального сотрудничества трёх профессоров факультета биологии — Дебби Линделл, Одеда Бежи и Одеда Клейфельда, а также трёх молодых учёных: докторов Омера Наделя, Равада Ханны и Андрея Розенберга.

Роль цианобактерий и вирусные атаки

Крошечные клетки цианобактерий, обитающие в океанах, играют ключевую роль в глобальной экосистеме, поскольку в процессе фотосинтеза производят органический углерод, служащий основой пищевой цепи океана. При этом они вносят значительный вклад в производство кислорода и поглощение углекислого газа из атмосферы, влияя на глобальный углеродный цикл.

Эти важнейшие бактерии часто подвергаются атакам вирусов, называемых цианофагами, которые специализируются на заражении и уничтожении морских цианобактерий.

Захват и использование вирусных генов

В процессе эволюции эти вирусы захватывают гены у цианобактерий, которые заражали ранее, и интегрируют их в собственный геном. Исследователи сосредоточились на гене под названием nblA, который активируется в цианобактериях в условиях стресса, например, при нехватке питательных веществ.

В таких ситуациях он разрушает системы сбора фотосинтетической энергии цианобактерий, высвобождая аминокислоты, жизненно важные для выживания. Исследователи из Техниона впервые показали, что этот процесс даёт вирусам значительное преимущество.

У цианофагов развился уникальный механизм, при котором заражение цианобактерии запускает тот же ген в вирусе — nblA — для демонтажа систем сбора энергии, но на этот раз в ущерб бактерии. Высвобождаемые при этом распаде аминокислоты используются враждебным вирусом для быстрого самовоспроизведения.

Таким образом, вирус преобразует систему сбора энергии цианобактерии-хозяина в ресурсы для расширения собственной популяции. Это представляет собой изощрённый эволюционный ход, при котором вирус использует механизм выживания бактерии в своих интересах, эксплуатируя ресурсы хозяина и в конечном итоге уничтожая его изнутри.

Методы исследования и глобальные последствия

Результаты исследования стали возможны благодаря сотрудничеству трёх исследовательских групп, каждая из которых специализируется на разных дисциплинах биологии, а также благодаря комбинации передовых технологий: точных генетических манипуляций в цианофагах, позволяющих сравнивать вирусы с геном и без него; передовой протеомики, позволяющей в реальном времени наблюдать за всеми белками (как бактериальными, так и вирусными); и экологической метагеномики, предоставляющей глобальный взгляд на распространённость явления в морских системах по всему миру.

Вместе эти подходы позволили получить всестороннее системное понимание взаимодействий вирусов и бактерий в морской среде.

По словам исследователей, этот механизм сокращает примерно на 5% количество фотосинтетической энергии, производимой океаническими цианобактериями — это значительное снижение в глобальном масштабе, поскольку эти цианобактерии управляют ключевыми биогеохимическими циклами на Земле и ответственны за большую долю производства кислорода и органического углерода на планете.

Такое изменение может повлиять на глобальные циклы углерода и кислорода, а также на экологический баланс — от микроскопических организмов до глобального климата.

Больше информации: Omer Nadel et al, Viral NblA proteins negatively affect oceanic cyanobacterial photosynthesis, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09656-x

Источник: Technion - Israel Institute of Technology