Вирусы обманом заставляют бактерии работать на себя
Исследователи из MIT обнаружили, что некоторые фотосинтезирующие океанические бактерии должны остерегаться вирусов, несущих «подарки». Эти вирусы переносят генетический материал, взятый у предыдущих бактериальных хозяев, который обманом заставляет нового хозяина использовать собственные механизмы для активации этих генов. Такой процесс ранее никогда не был задокументирован в отношениях вируса и бактерии.
Обман происходит, когда вирус вводит свою ДНК в бактерию, живущую в регионе океана с дефицитом фосфора. У таких бактерий, испытывающих стресс из-за нехватки питательного фосфора, механизмы его сбора работают на полную мощность. Вирус чувствует стресс хозяина и предлагает то, что кажется помощью: бактериальные гены, почти идентичные собственным генам хозяина, которые позволяют ему собирать больше фосфора. Хозяин использует эти гены, но дополнительный фосфор в первую очередь идёт на поддержку репликации ДНК самого вируса.
После завершения этого процесса, примерно через 10 часов после заражения, вирус взрывает своего хозяина, выпуская потомство вирусов обратно в океан, где они могут заражать другие бактерии и повторять цикл. Дополнительные гены сбора фосфора, предоставленные вирусом, поддерживают его репродуктивный цикл по графику.
По сути, вирус, или фаг, использует очень сложный компонент регуляторной системы хозяина для усиления собственного размножения — это явление ранее никогда не документировалось в отношениях вируса и бактерии.
Эволюционная адаптация к дефициту фосфора
Исследование проводилось на бактериях Prochlorococcus и их близком родственнике Synechococcus, которые вместе производят около одной шестой кислорода в атмосфере Земли. Вирусы, атакующие эти бактерии, называются цианофагами.
Задействованный бактериальный механизм называется двухкомпонентной регуляторной системой — это способность микроба чувствовать и реагировать на внешние условия среды. Эта система заставляет бактерии производить дополнительные белки, связывающие фосфор и доставляющие его в клетку. Ген, переносимый вирусом, кодирует точно такой же белок.
«И фаг, и бактериальный хозяин имеют гены, производящие фосфор-связывающие белки, и мы обнаружили, что оба они могут быть усилены двухкомпонентной регуляторной системой хозяина», — говорит соавтор Цинлу Зенг.
Тесная эволюционная взаимосвязь
В 2010 году было показано, что популяции Prochlorococcus в Атлантическом океане адаптировались к дефициту фосфора, развив больше генов, связанных specifically с его добычей. Новое исследование указывает, что заражающие их фаги эволюционировали вместе со своими хозяевами.
«Мы стали рассматривать эту систему как ещё одно доказательство невероятной близости отношений фага и хозяина», — говорит профессор Салли «Пенни» Чишолм, главный исследователь проекта.
Исследование поддерживалось Фондом Гордона и Бетти Мур, программами NSF CMORE и Biological Oceanography, а также Министерством энергетики США. Статья опубликована 24 января в журнале Current Biology.