Бактерии уничтожают другие бактерии, активируя их профаги

Колибактин — химически нестабильное низкомолекулярное соединение, которое вырабатывают некоторые бактерии кишечника. Он до сих пор не выделен, а его структура не до конца изучена. Довольно много известно о том, как колибактин влияет на клетки млекопитающих. Так, его генотоксическое действие связывают с развитием рака мочевого пузыря и колоректального рака. В новой работе, опубликованной в Nature, исследователи из США изучили, как колибактин действует на бактерии, в том числе кишечные.

Для начала штамм Escherichia coli, продуцирующий колибактин (pks⁺) кокультивировали со штаммом E. coli, его не производящим (pks^-). В ходе эксперимента пропорция штамма pks⁺ в культуре не выросла.

Существуют свидетельства того, кто колибактин должен негативно действовать на бактерии. Так, у производящих это соединение бактерий есть механизмы, защищающие клетку от своего же токсина. Однако, по-видимому, колибактин напрямую не подавляет рост других бактерий.

Авторы предположили, что колибактин активирует резидентные профаги в бактериях. Для проверки штамм E. coli дикого типа заражали фагом лямбда, после чего кокультивировали с pks⁺ и pks^- штаммами E. coli. Через 24 часа титры фагов в среде были на несколько порядков выше при совместном культивировании с pks⁺-штаммом. По-видимому, для эффекта необходим межклеточный контакт. Важную роль в процессе играет SOS-система.

Также pks⁺ и pks^- штаммы E. coli кокультивировали с несущими профаги изолятами Salmonella enterica subsp. enterica серовар Typhimurium, Staphylococcus aureus, Citrobacter rodentium и Enterococcus faecium. Во всех этих системах колибактин индуцировал профаги. В одном случае увеличилась выработка закодированного фагом токсина. Схожий эффект получили в анаэробных условиях в присутствии мышиной фекальной микробиоты.

Штаммы, кодирующие колибактин, защищаются от его действия с помощью пептида ClbS. Исследователи обнаружили clbS-подобные гены у штаммов, не производящих этот генотоксин. Такие штаммы защищены от действия колибактина. Гомологи ClbS нашли и в других, эволюционно более далеких бактериях, которые никогда не производят колибактин. Авторы заключают, что приобретение гена clbS — эффективная стратегия защиты для несущих профаги бактерий.

Исследователи предполагают, что выработка колибактина более распространена в природе, чем принято считать, и изначально была направлена против других бактерий, а не против эукариотического организма-хозяина. Они считают, что полученные результаты помогут лучше понять связь между метаболитами микробиома кишечника, поведением фагов и болезнями человека.