Биологи открыли ранее не известную бактериальную защитную систему, которая заставляет микробы самоуничтожаться при атаках вирусов. Ее изучение помогло ученым понять, как работают подобные "антивирусы" и почему одноклеточные организмы приобретают их, пишет пресс-служба Калифорнийского университета в Сан-Диего. Результаты работы ученые опубликовали в научном журнале Cell (1, 2).

"С эволюционной точки зрения нам было не совсем понятно, зачем одноклеточные организмы так поступают. Но если учесть то, что бактерии часто организуются в биопленки и ведут себя не как отдельные индивиды, а как единые сообщества, то появление подобной защитной системы становится вполне логичной и очевидной вещью", - прокомментировал работу один из ее авторов, профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего Кевин Корбетт.

От болезней и инфекций страдают не только люди и прочие многоклеточные живые существа, но и одноклеточные микробы. Вирусы, как предполагают ученые, появились почти одновременно с бактериями, и между ними уже несколько сотен миллионов лет идет беспрерывная война на выживание. Ее последствия можно увидеть фактически везде. К примеру, в каждом миллилитре речной или морской воды содержится несколько сот миллионов бактериофагов, вирусов, которые специализируются на заражении микробов. Их носителями, по текущим оценкам ученых, могут быть до 70% ныне живущих бактерий.

За миллионы лет эволюции вирусы постепенно научились обходить внимание защитных систем микробов. Бактерии, в свою очередь, разработали своеобразный генетический "антивирус", систему CRISPR-Cas9, которая находит следы вирусной ДНК в геноме микроба, "вырезает" ее или заставляет бактерию "совершить суицид" для защиты ее соседей от инфекции. Бактериофаги, в свою очередь, научились подавлять работу CRISPR-Cas9, что открыло новый виток этой биологической "гонки вооружений".

Бактериальный антивирус

Корбетт и его коллеги случайно открыли еще одну подобную систему, обратив внимание на то, что геном некоторых микробов содержал в себе обрывки, похожие на гены из семейств HORMAD и MAD, присутствующие в клетках человека, других млекопитающих, а также дрожжей и прочих грибков.

Эти участки генома, которые авторы статьи детально изучали в своей лаборатории, играют важную роль в мейозе, процессе формирования половых клеток. Они отвечают за защиту ДНК будущих сперматозоидов и яйцеклеток от появления случайных повреждений и разрывов, исправить которые проблематично из-за того, что в половых клетках нет второго набора хромосом.

Пытаясь понять, как они появились в геноме микробов, Корбетт и его коллеги детально проследили за их работой в их клетках. Оказалось, что они играли роль еще одного бактериального "антивируса", защищая ДНК бактерий от "случайных" повреждений, связанных со встраиванием вируса в их геном.

"Мы изучили свыше шести тысяч подобных систем, каждая из которых обладает своим собственным набором белков-сенсоров, распознающих инфекцию и запускающих процесс самоуничтожения клетки. Понимание того, как все эти части возникли и менялись по ходу эволюции микробов, поможет нам использовать ее для борьбы с инфекциями", - отметил биолог.

Как отмечают ученые, проведенная ими "перепись" микробов показала, что эта система не так сильно распространена, как CRISPR-Cas9, чьи аналоги присутствуют в ДНК примерно половины бактерий и почти всех архей. Тем не менее, новый антивирус встречается примерно в каждом десятом микробе, причем каждый штамм бактерий обладает своей собственной версией этого набора белков, который ученые назвали "антибактериофаговой сигнальной системой", CBASS.

Дальнейшее изучение CBASS, как надеются ученые, позволит им найти способы управления ее работой и приспособить ее для создания нового поколения антибиотиков, заставляющих микробы самоуничтожаться. Кроме того, Корбетт и его коллеги планируют проверить, существуют ли вирусы, научившиеся блокировать работу этой системы. Подобные бактериофаги, как надеются ученые, тоже можно будет приспособить для борьбы с опасными инфекциями.

По материалам сайта ТАСС