Исследование бактериофага BF23 показало, что вирусы способны справляться с бактериальной рестрикцией и модификацией
В связи с повышением устойчивости вызывающих заболевания микроорганизмов к действию антибиотиков в последние годы все активнее как возможная альтернатива антибиотикам изучаются бактериофаги. Они способны распознавать конкретные виды бактерий и считаются безопасными для человека. Пресс-служба «Сколтеха» сообщила, что ученые института провели геномный и протеомный анализ бактериофага BF23, а также изучили, как он взаимодействует с системами бактериального иммунитета. Несмотря на то что этот бактериофаг выделили еще в 1949 году, его геномная последовательность до сих пор оставалась неизвестной. Исследование опубликовано в журнале microLife.
«Группа Т5-подобных бактериофагов — это очень защищенные вирусы. Они по неизвестным причинам мастерски обманывают разные иммунные системы бактерий: системы рестрикции-модификации и CRISPR-Cas, которые основаны на разрезании любой чужеродной ДНК. Долгие годы ученые пытаются выяснить, как они это делают, — ищут белки, которые являются ингибиторами РМ-систем, но пока безуспешно. Поэтому фаг BF23 был нам интересен по двум причинам: мы хотели сравнить его геномную последовательность с другими Т5-подобными вирусами и попытаться использовать его как некоторую модель, чтобы объяснить, как Т5 обходит действие защитных систем», — рассказывает аспирант Сколтеха Михаил Скутель.
Ученые провели секвенирование генома и сравнили его с геномами других Т5-подобных фагов. В отличие от других бактериофагов, которые сразу впрыскивают весь свой геномный материал внутрь бактериальной клетки, Т5-подобные фаги проводят заражение в 2 этапа и сперва подготавливают клетку для успешной инфекции, впрыскивая внутрь лишь часть своего генома.
«На первом этапе инфекции начинают активно работать специальные ранние гены фага и происходит много интересного: полностью разрушается не только геном бактериальной клетки, но и сами нуклеотиды — строительные блоки, из которых состоит геномная ДНК бактерий. По всей видимости, именно на этом этапе происходит наработка компонента, который впоследствии будет защищать остальной геном фага от действия бактериальных ножниц, систем защиты», — добавляет Михаил Скутель.
Авторы протестировали действие нескольких Т5-подобных бактериофагов против разнообразных систем защиты рестрикции-модификации. Эти системы узнают и разрезают специальные последовательности ДНК, если у нее нет защитной метки. Оказалось, что клетка защищена от инфекции только в случае, когда сайты распознавания расположены в том самом раннем участке генома, который проникает в клетку на первом этапе инфекции. Сайты, расположенные в остальной части генома, по какой-то причине остаются невидимыми для бактериальных нуклеаз. Можно предположить, что на втором этапе инфекции нуклеазы уже инактивированы фагом, либо фаг смог защитить собственную ДНК.
Группе исследователей также удалось показать, что Т5-подобные бактериофаги избегают метилирования собственного генома: «Метилирование — это такая химическая реакция, в результате которой на ДНК навешивается специальная метка, метильный радикал. Бактерии метилируют свой геном в том числе для регуляции работы генов. Если бактериофаг проникает внутрь клетки и успешно проходит свой жизненный цикл, то можно предположить, что его геном приобретет метилирование, характерное для бактериальной ДНК. С бактериофагами BF23 и Т5 это не так: мы показали, что их ДНК лишена метильной метки. Почему это происходит — вопрос еще не решенный. Возможно, избегание метилирования помогает бактериофагу отличить свою ДНК от метилированной ДНК бактерии, которая подлежит уничтожению в ходе инфекции», — поясняет Михаил Скутель.
Рисунок: Модель бактериофага BF23 с расположением белков, идентифицированных с помощью масс-спектрометрического анализа вириона фага. Источник: Михаил Скутель и соавторы
