Мобильные элементы обеспечивают резистентность к фагам у бактерий

Бактериальные клетки, составляющие одну популяцию и практически клонально идентичные друг другу, могут заражаться разными фагами, причем устойчивость к фагам обеспечивается специальными мобильными элементами. Об этом сообщается в новой статье, опубликованной в Science.

Авторы исследования работали с дикими популяциями морской бактерии Vibrio lentus. Они показали, что бактериальные популяции подразделяются на группы, клетки в каждой из которых подвержены заражению разными фагам. Даже родственные друг другу бактериальные клетки, геномы которых различаются только несколькими нуклеотидами, инфицируются разными фагами. Более того, фаги демонстрируют высокую специфичность и, как правило, заражают только клетки одного штамма.

Чтобы выяснить причины этого явления, ученые исследовали взаимодействие 22 почти идентичных изолятов V. lentus с литическими фагами из группы сифовирусов. Оказалось, что некоторые фаги вызывают быстрый лизис клеток, а другие вызывают лизис бактерий лишь при очень высокой концентрации вирусных частиц, при этом новые фаги не нарабатываются. Авторы работы предположили, что фаги убивают далеко не все клетки, к поверхности которых им удалось прикрепиться. Следовательно, устойчивость клеток к фагам, инфицирующим близкородственные клетки, обеспечивается преимущественно не на уровне взаимодействия вирусов с рецепторами на поверхности клеток.

Полногеномный анализ клеток из вышеупомянутых 22 изолятов показал, что в геномах V. lentus встречаются 26 мобильных элементов, содержащих хотя бы один ген, связанный с защитой от фагов, например, ген, кодирующий компонент системы рестрикции-модификации. Ученые назвали их элементами фаговой защиты (phage defense elements, PDE). На их долю приходится около 95% вариабельных областей геномов Vibrio lentus. Для многих генов, входящих в состав PDE, не удалось установить принадлежность к какому-либо из известных механизмов противофаговой защиты.

Дальнейшие исследования показали, что за различия в устойчивости к фагам у практически клонально идентичных клеток отвечают именно PDE. Численность клонов с определенным набором PDE может изменяться, кроме того, клетки могут передавать PDE друг другу. Таким образом, быстрая эволюция на уровне бактериальных популяций происходит за счет мобильных элементов. Это важно при разработке антибактериальной терапии на основе фагов, так как бактерии способны быстро как приобретать резистентность, так и передавать ее.