Эпибиотическая бактерия защищает бактерию-хозяина от заражения фагами

Сахарибактерии — эпибиотические бактерии, т.е. живущие на поверхности других бактерий. Это типичные обитатели ротовой полости человека. В связи с нестандартным образом жизни сахарибактерии существенно отличаются от других бактерий в плане биохимии. Авторы недавнего исследования, результаты которого опубликованы в PNAS, на примере сахарибактерии Nanosynbacter lyticus (штамм TM7x) и ее хозяина Schaalia odontolytica (штамм XH001) показали, что сахарибактерии могут влиять на взаимодействие клетки-хозяина с литическим фагом LC001. Они установили, что сахарибактерия изменяет экспрессию генов в клетке-хозяине таким образом, что последняя приобретает способность мирно сосуществовать с вирусом. Иными словами, бактерия-эпибионт защищает своего хозяина от вирусной инфекции.

В рамках прежних исследований был выделен литический фаг LC001, который эффективно заражает S. odontolytica штамма XH001. Эта бактерия служит хозяином для эпибиотической сахарибактерии TM7x. Сравнение доли фаговых частиц, успешно адсорбировавшихся на поверхности бактерии-хозяина, показало, что в случае «голых» клеток XH001 доля адсорбции составила более чем 90%, а у клеток XH001, покрытых TM7x, аналогичный показатель составил менее 20%. Неспособность фага эффективно инфицировать клетки XH001, покрытые эпибиотическими бактериями, подтвердили и с помощью электронной микроскопии. Однако защитное действие TM7x оказалось временным и никак не сказывалось на генотипе клетки-хозяина в сторону приобретения ей защитных механизмов на генетическом уровне: эписимбионт, вероятно, каким-то образом изменяет экспрессию определенных генов клетки-хозяина, что делает ее устойчивой к фагу.

Секвенирование РНК «голых» и покрытых эписимбионтом клеток XH001 и последующая идентификация дифференциально экспрессируемых генов показали, что вступление в эпибиотические отношения с TM7x сказывается на экспрессии 335 генов XH001. В частности, TM7x понижает экспрессию кластера генов, предположительная функция которого — биогенез полисахаридов клеточной стенки (CWP). Они обильно синтезируются грамположительными бактериями и нередко выступают в роли рецепторов для фагов. Авторы работы выдвинули гипотезу, что именно благодаря снижению образования CWP под действием эпибионта XH001 и приобретает устойчивость к фагу. Это предположение подтвердил и тот факт, что при повышенной экспрессии генов, отвечающих за продукцию CWP, даже в присутствии TM7x на поверхности XH001 она остается уязвимой к фаговой инфекции. Аналогичные результаты были получены не только для клеток XH001, растущих на поверхности, но и для планктонной формы XH001, которая также защищалась от заражения LC001 благодаря снижению уровня продукции CWP под действием TM7x.

Интересно, что в планктонной популяции клеток XH001, покрытых TM7x, все же есть клетки, свободные от эпибионтов. Ученые показали, что такие клетки служат третьим звеном во взаимодействии клеток XH001 и вируса, поскольку они, с одной стороны, поддерживают популяцию вирусов, но, с другой стороны, большинство клеток XH001 защищены от фага благодаря TM7x. Авторы работы предположили, что лишенные эпибионтов планктонные клетки XH001 обеспечивают баланс между популяциями LC001 и XH001.

Эписимбиотические отношения TM7x с XH001 регулируют баланс между популяциями бактерии и ее фага.
Credit:
Xuesong He, PhD, DDS/ ADA Forsyth Institute |  пресс-релиз

В целом авторы работы описали трехстороннюю систему, состоящую из бактерии полости рта (XH001), ее эписимбионта (TM7x) и литического фага, заражающего эту бактерию (LC001). Исследование раскрывает механизм устойчивости к бактериофагам, опосредованный формированием эписимбиоза — это расширяет список механизмов, способствующих долгосрочному сосуществованию бактерий и фагов в микробиоме.