Харакири во имя здоровья: чтобы справиться с инфекцией, бактерии губят сами себя

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые Рокфеллеровского университета показали, что при вирусной атаке бактерии нашего организма направляют свою защиту не только на своих врагов, но и на самих себя. Исследователи обнаружили, что эта радикальная мера не убивает бактерии, а скорее приводит их в состояние покоя, которое предотвращает распространение инфекции.

Бактериофаги (или фаги) – вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки – являются врагом номер один для вирусов, атакующих наш организм.

Они размножаются, вводя «инъекцию» своего генома в чужеродные микробы, что в конечном итоге приводит к разрыву микроба и высвобождению «потомства» бактериофагов, готового к продолжению рода бактериальной колонии.

Чтобы противостоять атакам микробов, бактерии выработали иммунные механизмы, известные как CRISPR, или короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами, которые с помощью связанных ферментов Cas обнаруживают и уничтожают чужеродный генетический материал.

Микробы имеют в своем распоряжении множество различных систем CRISPR. Одной из них заинтересовался ученый Лучано Марраффини – из-за ее уникальной стратегии защиты от чужеродных организмов. В то время как большинство ферментов Cas разрушают вирусную ДНК, данный специфический фермент, Cas13, расщепляет РНК.

В ходе экспериментов исследователи обнаружили, что Cas13 одновременно и помогает бактериям, и мешает им. Фермент режет кусочки РНК-хозяина, отправляя бактерии в состояние покоя – фаза, в которой микробы остаются живыми, но не растут. «Фаги – паразиты: у них нет всех элементов, необходимых для размножения, поэтому они полагаются на хозяина, – объясняет ученый. – И если клетка-хозяин не производит эти элементы, фаг не может размножаться».

Исследователи также обнаружили, что Cas13 убивает вирусы более эффективно, чем другие ферменты Cas. Стандартные системы CRISPR–Cas являются высокоспецифичными, разрезая фрагменты ДНК, которые соответствуют точной генетической последовательности. И хотя эта специфичность может быть преимуществом, она также имеет большой недостаток: если вирус мутирует, CRISPR не может его распознать. «Если фаг имеет единственную точечную мутацию в последовательности-мишени, то обычно вирус невидим для Cas, и инфекция распространяется», – говорит Марраффини. Однако эксперимент показал, что Cas13 справляется со всеми типами мутаций.

Исследователи связывают эту превосходную способность к борьбе с вирусами с тем, что клетка в состоянии покоя не направлена на борьбу с конкретным вирусом, а делает невозможным размножение какого-либо фага, включая мутантов. «У фага всего одна попытка, чтобы обезвредить болезнетворную инфекцию и при этом размножиться, – резюмирует ученый. – Поэтому если они вводят свой геном в хозяина, который не предоставляет им возможности размножиться, то инфекция останавливается там. Фаг погибает, но бактериальная колония побеждает – инфекция останавливается».