Холерный вибрион имеет две защитные системы для устранения плазмид

Штаммы Vibrio cholerae биотипа El Tor, ответственные за текущую пандемию холеры, несут две системы для элиминации нежелательных высококопийных плазмид. Даже низкокопийные плазмиды, кодирующие гены устойчивости к антибиотикам, могут сохраняться в клетках только при явной необходимости, то есть наличии антибиотиков в окружающей среде.

Credit:
drmicrobe | 123rf.com

В настоящее время продолжается седьмая по счету пандемия холеры. Эта пандемия была вызвана штаммами Vibrio cholerae биотипа El Tor (его также обозначают 7PET). Швейцарские ученые сообщили в Nature, что вибрионы этих штаммов обладают двумя защитными системами, которые удаляют из клеток высококопийные плазмиды и препятствуют нежелательному горизонтальному переносу генов.

Авторы работы показали на штамме A1552, принадлежащем к группе 7PET, что в течение 50 поколений клетки холерного вибриона избавляются от разнообразных высококопийных плазмид. В то же время некоторые низкокопийные плазмиды передаются из поколения в поколение. Тем не менее, в других штаммах 7PET и эти плазмиды элиминировались. Штамм A1552 относится к серогруппе O139. Для этой серогруппы характерна делеция в области одного из островков патогенности, который содержит кластер генов для утилизации сиаловой кислоты, систему рестрикции-модификации и еще одну предполагаемую систему противофаговой защиты. Делеция затрагивает 28 генов. Чтобы выяснить, отсутствие каких генов повышает стабильность передачи плазмид, ученые создали серию делеционных мутантов на основе штамма с нормальным островком патогенности. Оказалось, что быстрая утрата плазмид связана с активностью оперона VC1771–VC1770. Поскольку защитные системы бактерий часто располагаются в островках патогенности, авторы работы проверили и другие островки. Так был выявлен оперон VC0492–VC0490, также отвечающий за дестабилизацию плазмид. Авторы работы обозначили опероны VC1771–VC1770 и VC0492–VC0490 как DdmDE и DdmABC соответственно.

Дальнейшее исследование показало, что механизмы действия защитных модулей DdmDE и DdmABC различаются, однако вместе они эффективно устраняют плазмиды. DdmDE обеспечивает их деградацию, а DdmABC усиливает действие DdmDE. Более того, DdmABC работает как система защиты бактериальных популяций от инфекций, вызываемых бактериофагами, и запускает гибель зараженных клеток. 

Система DdmDE отвечает за устранение мелких плазмид, а DdmABC, кроме того позволяет клеткам избавляться от крупных конъюгативных плазмид. Стоит отметить, что системы Ddm не только дают возможность клеткам избавиться от груза плазмид, но и способствуют удалению из популяций несущих плазмиды клеток. Благодаря активности систем Ddm вирионы штаммов группы 7PET практически лишены плазмид. Механизмы, с помощью которых эти системы распознают плазмидную ДНК и отличают ее от собственной ДНК бактерии, остаются неизвестными. Поддержание плазмид при активных системах Ddm возможно лишь в том случае, если их наличию благоприятствует отбор, например, присутствие в окружающей среде антибиотиков будет способствовать поддержанию в клетках низкокопийных плазмид семейства IncC, обеспечивающих множественную антибиотикорезистентность.

Авторы заключают, что именно описанный ими механизм позволяет опасным патогенам оставаться практически лишенными плазмид, несмотря на их обилие в окружающей среде.

Источник

Jaskólska, M., Adams, D.W. & Blokesch, M. Two defence systems eliminate plasmids from seventh pandemic Vibrio cholerae. // Nature, 2022, DOI: 10.1038/s41586-022-04546-y

Добавить в избранное

Вам будет интересно