Энтерококки меняют метаболизм в ответ на фаговую инфекцию

Бактерия Enterococcus faecalis входит в состав здоровой микробиоты человека, однако при дисбиозах она становится причиной опасных заболеваний. К настоящему времени E. faecalis приобрела устойчивость ко многим антибиотикам. Фаготерапия рассматривается как способ борьбы с мультирезистентными бактериями. Для ее эффективного применения необходимо проверить реакцию бактерий на бактериофаги и механизмы развития резистентности к ним.

Ученые из США использовала E. faecalis как модельный организм для изучения молекулярного ответа грамположительных бактерий на атаку литического фага VPE25. Они применили два различных геномных подхода: скрининг библиотек транспозонных мутантов и секвенирование РНК.

При помощи метода скрининга транспозонных библиотек SMarT Tn-Seq было показано, что мутации в генах epa бактерии препятствуют фаговому заражению или сильно снижают подверженность ему. Эти гены отвечают за синтез полисахарида клеточной стенки, и мутации делают невозможной адсорбцию фага на поверхности клетки. Сходный эффект давала мутация в транскрипционном факторе, который контролирует экспрессию локуса epa, а также мутации в генах фруктокиназы и регулятора окислительного стресса. Также довольно устойчивыми к фаговой инфекции оказались штаммы с мутациями в генах репарации ошибочно спаренных оснований ДНК.

Ученые проанализировали изменения в транскриптоме бактерии во время фаговой инфекции. Они показали, что экспрессия генов, отвечающих за биогенез рибосом и трансляцию, подавляется. Это говорит о том, что фаг VPE25 модулирует синтез белка клетки-хозяина для сдерживания ее роста и промотирования собственной репликации. Экспрессия генов, отвечающих за репарацию ДНК, биосинтез аминоацил-тРНК и метаболизм углеводов, наоборот, усиливалась. Авторы предполагают, что таким образом бактерия защищается от фагов.

Также фаговая инфекция приводила к снижению экспрессии генов fsr, отвечающих за чувство кворума, и к индукции генов T7SS. Система fsr, кроме того, регулирует формирование биопленки, которая может сдерживать распространение фага. Функция генов T7SS у E. faecalis пока не охарактеризована. Известно, что у других грамположительных бактерий гены этой группы включены в механизмы вирулентности и ответа на стресс, в том числе они участвуют в поддержании гомеостаза мембраны. Возможно, у E. faecalis гены T7SS индуцируются в ответ на повреждение мембраны фагами.

Таким образом, во взаимодействия фага с бактериальной клеткой важные роли играют гены углеводного обмена, окислительного стресса, синтеза одного из полисахаридов клеточной стенки. Полученные данные говорят о том, что фаготерапия может влиять на динамику микробного сообщества пациента, и это необходимо учитывать при ее назначении. В 2020 году в России препараты бактериофагов официально рекомендованы для лечения и профилактики инфекций мочевыводящих путей.