Группа международных исследователей обнаружила, что вирусы используют сигналы окружающей среды для выполнения тех или иных действий. Это означает, что они способны оценивать окружающую обстановку и принимать решение о начале атаки на клетки хозяина или о приостановке деятельности в любой момент времени.

Бактериофаги стоковое фото. Marcin Klapczynski/iStock

Исследователи считают, что это открытие в перспективе поможет изучить неизвестные аспекты взаимодействия вируса и хозяина, а также позволит разработать новое поколение противовирусных препаратов. В рамках своего исследования эксперты изучали поведение бактериофагов (или "фагов") - вирусов, которые заражают бактерии. Ученые обнаружили, что ДНК таких микроорганизмов содержит участки связывания для белка CtrA.

Интересно, что сами фаги никогда не производят CtrA, поэтому непонятно, почему в их ДНК есть фрагменты для этого белка? В поисках ответа на этот вопрос исследователи открыли в фагах удивительную способность.

Вирусы умнее, чем вы думаете

Ученый исследует образцы вирусов. CDC/Unsplash

CtrA действительно связан с образованием особых выростов в бактериальных клетках. Эти выросты, называемые жгутиками, позволяют микроорганизму двигаться и выполнять различные действия, такие как адгезия, размножение и заражение хозяина. Исследователи предположили, что участок связывания в ДНК фага на самом деле предназначен для белка CtrA, который контролирует образование жгутиков у бактерий-хозяев.

Более того, появление связывающих участков CtrA не ограничивается конкретным видом фага. Они встречаются у множества видов флагеллотропных организмов. Полученные результаты объясняют, как и почему вирусы решают атаковать бактерии, у которых развились жгутики.

В ходе исследования ученые изучили вируса, заражающего грамотрицательных бактерий caulobacterales. Отличительной особенностью клеток caulobacter является то, что при наличии большого количества пищи они производят малоподвижные жгутиковые клетки. Однако при нехватке пищи в клетках развиваются флагеллы и образуются целые "рои" бактерии, которые могут свободно передвигаться.

В результате анализа установлено, что данный тип вирусов поражает только "роящиеся" бактерии. Но как же он различает различные подтипы рода caulobacterales? Исследователи обнаружили, что белок CtrA может определять, какая именно бактериальная клетка "пассивная" или "роящаяся". Ученые предположили, что уровень CtrA в caulobacter позволяет фагу выбрать подходящего хозяина.

"Мы считаем, что фаги контролируют уровень CtrA, который повышается или понижается в течение жизненного цикла клеток. Это позволяет вирусам определять, когда клетка перерождается в жгутик и превращается в ферму по производству роевых бактерий. Именно в этот момент они начинают свою атаку", - рассказал PhysX один из авторов проекта и специалист по вычислительной биологии из Университета Мэриленда Балтимор Каунти Иван Эрилл.

Один из бактериофагов, изученных исследователями. Elia Mascola et al. 2022/Frontiers of Microbiology

Фаги могут гораздо больше, чем просто наблюдать за жгутиками

Наличие у фагов связующего фрагмента CtrA дает им возможность следить за окружающей их средой и принимать решения, которые лучше соответствуют их биологии. Однако это может быть всего лишь одним из многих способностей этих вирусов. Исследователи полагают, что у фагов также могут быть рецепторы, позволяющие им наблюдать за действиями, происходящими внутри клеток хозяина. Однако это всего лишь гипотеза, и для доказательства этой и многих других возможностей необходимы дальнейшие исследования.

Авторы работы считают, что изучение большего числа таких участков и рецепторов поможет создать лучшие и более эффективные противовирусные препараты. Например, в данном эксперименте показано, что связующий участок CtrA отвечает за способность флагеллотропного фага следить за окружающей средой. Основываясь на полученной информации, ученые могут создать лекарство, способное вызвать ложный сигнал от белка CtrA и обмануть вирус. 

Самым интересным результатом этого эксперимента является то, что "вирус использует для принятия решений клеточный интеллект. А если это происходит у микроорганизмов, то это почти наверняка происходит у растений и животных, потому что если это эволюционная стратегия, которая имеет смысл, эволюция ее обнаружит и будет использовать", - говорит профессор Эрилл.

Результаты данного проекта были опубликованы в медицинском издании Frontiers in Microbiology.

Источники: Journal Frontiers in Microbiology, National Center for Biotechnology Information
1. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4009794/) 
2. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9266447/)
3. (https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2022.918015/full)