Изучены механизмы защиты потомков фагов от эффекта Кроноса

Исключение суперинфекции — это способность развившейся вирусной инфекции подавлять последующее заражение близкородственным вирусом. Это явление характерно для бактериофагов, вирусов растений и животных, но не так много известно об его эволюционной роли. Некоторые считают, что исключение суперинфекции помогает защищать ресурсы зараженной клетки от вирусов-конкурентов. Другие — что это помогает родственным вирусам дальше распространяться в поисках неинфицированной клетки.

Фаги подавляют адсорбцию других фагов на поверхность бактерии-хозяина или не дают им ввести в клетку свой геном. У Pseudomonas aeruginosa фаги блокируют рецепторы на поверхности клетки, модифицируя O-антиген или вмешиваясь в сборку пилей. Многие фаги P. aeruginosa используют пили IV типа, так что нарушение их сборки — эффективная стратегия защиты. Однако бактерия P. aeruginosa без пилей не может прикрепляться к поверхностям, образовывать биопленки или перемещаться из неблагоприятной среды в благоприятную. Неясно, как профаги «уравновешивают» пользу от исключения суперинфекции и все недостатки отсутствия пилей. Ранее был выявлен белок Zip, кодируемый фагом JBD26, который подавлял подвижность бактерии и обеспечивал исключение суперинфекции против всех фагов, которым для инфицирования требуются пили типа IV. Но оказалось, что Zip полностью подавляет подвижность бактерий только при экспрессии с плазмиды. В контексте профага JBD26 Zip подавлял подвижность только на 20%, но при этом полноценно защищал бактерию от других фагов. Исследователи из Канады и США изучили механизм работы Zip и эволюционное значение исключения суперинфекции.

Белок Zip взаимодействовал с белком PilZ — компонентом пилей типа IV. Ранее было показано, что делеция pilZ предотвращает сборку пилей. Причем PilZ одинаков у всех пяти семейств пилей типа IV, так что Zip подавляет их все.

PilZ — белок-шаперон, он связывает и стабилизирует АТФазу PilB. Эксперименты показали, что Zip связывает PilZ, но не препятствует его связыванию с PilB. По-видимому, Zip дестабилизирует взаимодействие PilB с подложкой, что приводит к образованию меньшего количества более коротких пилей, а также к их элиминации при большой плотности бактерий. Некоторые, но не все, профаги P. aeruginosa используют чувство кворума бактериальной клетки, чтобы регулировать противофаговую защиту.

Белок Zip играет важную роль, не давая фаговым частицам вводить свою ДНК в уже «занятые» клетки. Это увеличивает количество свободных фагов, которые могут заразить клетку. Потерю потомства фагов вследствие повторного заражения бактерий авторы назвали эффектом Кроноса в честь греческого титана Кроноса, пожиравшего собственных детей.

Для дальнейшего изучения авторы выбрали другой белок, блокирующий суперинфекцию, опосредованную пилями, обнаруженный в фаге P. aeruginosa LESϕ3. Этот белок, gp50, блокирует инфекцию, вызванную LESϕ3 и родственными фагами, посредством механизма, не связанного с Zip. Однако эксперименты показали, что он также ограничивает эффект Кроноса. То же было показано для фага JBD44, который не использует пили IV типа для инфекции, а также для умеренных фагов Salmonella и E. coli.

Более широкий поиск позволил обнаружить признаки активности, подавляющей эффект Кроноса, еще у более 30 фагов. Эти фаги инфицируют широкий спектр бактерий, включая Pseudomonas, E. coli, Salmonella, Burkholderia, Shigella, Serratia, Proteus, Listeria, Staphylococcus и Streptococcus. В совокупности эти данные показывают, что многие фаги, относящиеся к широкому спектру видов бактерий, кодируют факторы преодоления эффекта Кроноса.

Обнаружен общий механизм, позволяющий фагам сосуществовать на одних штаммах бактерий