Удивительно, но вирус, который атакует исключительно бактерии холеры, был пойман на похищении функциональной иммунной системы бактерий - и даже использует ее против своего бактериального хозяина. Исследование, опубликованное 27 февраля в журнале Nature, предоставляет первое доказательство того, что этот тип бактерий, атакующих вирус, бактериофаг (сокращенно «фаг»), может приобрести полностью функциональную и адаптивную иммунную систему, что, как считалось, слишком сложная задача для самого простого и «тупого» вируса.
(Фото: доктор Грэм Бердс)
Электронная микрофотография бактериофагов, заражающих бактериальную клетку
Фаг использовал украденную иммунную систему, чтобы вывести из строя - и таким образом победить - систему защиты холерных бактерий от фагов. Следовательно, фаг может убить холерные бактерии и размножаться, чтобы произвести больше фаговых потомков, которые затем могут убить больше холерных бактерий. Исследование имеет огромное значение для фаговой терапии, то есть использования фагов для лечения бактериальных заболеваний. Разработка фаговой терапии особенно важна, потому что одна из самых серьезных проблем современного здравоохранения заключается в том, что все больше и больше бактерий, называемых супербактериями, вырабатывают устойчивость к большинству или всем современным антибиотикам.
«Исследование подтверждает противоречивую идею о том, что вирусы являются живыми существами, и поддерживает возможность использования фаговой терапии для лечения бактериальных инфекций, особенно тех, которые устойчивы к лечению антибиотиками», - сказал Камилли, профессор молекулярной биологии и микробиологии в Университете Тафтса. Школа медицины.
Ортодоксальное мнение заключалось в том, что фаги существовали только как примитивные частицы ДНК или РНК, и поэтому им не хватало сложности адаптивной иммунной системы, которая может быстро реагировать на почти бесконечное множество новых вызовов. Фаги - это вирусы, которые атакуют исключительно бактерии, и каждый фаг паразитирует с определенным типом бактерий. Это исследование было сосредоточено на фаге, который атакует Vibrio cholerae, бактерию, ответственную за эпидемии холеры у людей.
Первый автор Кимберли Д. Сид, доктор философии, научный сотрудник лаборатории ведущего исследователя Камилли, анализировала последовательности ДНК фагов, взятых из образцов стула пациентов с холерой в Бангладеш, когда она идентифицировала гены функциональной иммунной системы, ранее обнаруженные только в некоторые бактерии (и большинство архей, отдельный домен одноклеточных микроорганизмов).
Чтобы проверить результаты, исследователи использовали фаг, лишенный адаптивной иммунной системы, для заражения нового штамма холерных бактерий, который от природы устойчив к фагу. Фаг не смог адаптироваться и убить штамм холеры. Затем они заразили тот же штамм холерных бактерий фагом, укрывающим иммунную систему, и заметили, что фаг быстро адаптировался и, таким образом, приобрел способность убивать холерные бактерии. Эта работа демонстрирует, что иммунная система фага полностью функциональна и адаптивна.
«Практически все бактерии могут быть инфицированы фагами. Около половины известных в мире бактерий имеют эту адаптивную иммунную систему, называемую CRISPR / Cas, которая используется в основном для обеспечения иммунитета против фагов. Хотя эта иммунная система была захвачена фагом, ее происхождение остается неизвестным, потому что сама бактерия холеры в настоящее время лишена этой системы. Что действительно примечательно, так это то, что иммунная система используется фагом для адаптации и преодоления защитных систем холерных бактерий. Обнаружение системы CRISPR / Cas в фаге показывает что существует поток генов между фагом и бактериями даже для чего-то столь же большого и сложного, как гены адаптивной иммунной системы », - сказал Сид.
Предыдущее исследование Камилли установило, что фаги широко распространены в образцах стула пациентов с холерой, что означает, что фаговая терапия происходит естественным путем и может быть более эффективной. Кроме того, исследование, опубликованное Камилли в 2008 году, показало, что фаговая терапия работает на мышиной модели кишечной инфекции холеры.
Учиться:
Сид, К. Д., Лазински, Д. В., Калдервуд, С. Б., и Камилли, А. (2013). Бактериофаг кодирует свой собственный адаптивный ответ CRISPR / Cas, чтобы избежать врожденного иммунитета хозяина. Nature, том 494, выпуск 7438, стр 489-491; DOI: 10.1038 / nature11927