Мобильный интрон может участвовать в конкуренции между вирусами

Авторы опубликованной в Science статьи установили, что в конкуренции между фагами, заражающими одну и ту же клетку, участвуют эгоистичные мобильные элементы, в частности, мобильные интроны, кодирующие хоминговые нуклеазы. Ученые работали с джамбо-фагами ΦKZ и ΦPA3, заражающими синегнойную палочку (Pseudomonas aeruginosa). В геноме ΦPA3 присутствует мобильный интрон, кодирующий хоминговую эндонуклеазу gp210, которая в норме присутствует в «ядре» ΦPA3 и не проникает в ядро ΦKZ, однако может взаимодействовать с геномом ΦKZ при совместном заражении одной клетки. Авторы исследования получили мутантную форму gp210 — с помощью AlphaFold они предсказали расположение активного центра нуклеазы, произвели в нем единичную замену гистидина на аргинин и показали, что такая форма gp210 не влияет на титр ΦKZ, хотя и способна проникать в ядро этого фага.

В целом, эгоистичные генетические элементы из группы самосплайсирующихся интронов I типа могут содержать хоминговые нуклеазы, но, поскольку эти интроны находятся в составе консервативных участков белоккодирующих генов, нуклеазы могут успешно распознавать те же белоккодирующие последовательности у родственных вирусов и вносить в них разрывы. Мобильный интрон у ΦPA3 находится в составе гена gp178, кодирующего β-субъединицу фаговой РНК-полимеразы, которая упаковывается в вирионы. Дальнейшие исследования с заражением P. aeruginosa, экспрессирующей gp210, разнообразными мутантными вирусами на основе ΦKZ позволили определить, какой именно участок служит мишенью gp210. Оказалось, что мутантные вирусы, которые остались резистентны к gp210, несли различные замены в консервативных областях гена gp178. Таким образом, вероятно, мишенью gp210 является ген gp178, который кодирует одну из субъединиц РНК-полимеразы.

Дальнейшие исследования подтвердили выдвинутую гипотезу. Анализ активности gp210 in vitro на разных субстратах показал, что мишенью gp210 действительно служит ген gp178, кодирующий РНК-полимеразу. При коинфекции ΦPA3 подавлял репликацию ΦKZ при участии gp210, что снижало выходной титр сказалось на сниженном выходном титре ΦKZ. Тем не менее, при заражении P. aeruginosa такие вирусы могли образовывать ядра в инфицированных клетках.

В норме зрелые вирусные частицы собираются в центре клетки, однако в клетках, экспрессирующих gp210, ΦKZ оказался к этому неспособен. В то же время жизненный цикл ΦPA3 не нарушался при экспрессии gp210 бактериальными клетками. Как было показано далее, gp210 препятствует упаковке геномной ДНК вирусов в капсиды, и авторы работы предположили, что gp210, внося разрыв в gp178, нарушает процесс формирования вирионов. С помощью криоэлектронной томографии ученые также установили, что из-за gp210 количество образуемых вирионов падает на 96,6%. При этом в цитоплазме клеток, в которых образование вирионов было подавлено, скапливались незрелые структуры, сформированные главным капсидным белком ΦKZ. Авторы работы заключают, что в данном случае хоминговая нуклеаза одного вируса стала средством конкурентной борьбы с другим вирусом.

Описана новая система анти-CRISPR, защищающая фаг от «иммунной системы» бактерии