Вирусная РНК активирует у бактерий аналог пути cGAS

Список охарактеризованных противовирусных систем прокариот постоянно пополняется. CBASS (cyclic oligonucleotide-based antiphage signalling systems) — один из таких путей, он аналогичен противовирусному сигнальному пути многоклеточных животных — cGAS. CBASS содержит два главных компонента: нуклеотидилтрансферазу циклических нуклеотидов (Cdn), которая генерирует циклические нуклеотиды при вирусной инфекции, и эффекторный белок, который связывает циклические нуклеотиды и далее либо вызывает гибель клетки, либо переводит ее в состояние покоя, чтобы остановить распространение вируса. В зависимости от белкового состава CBASS делят на типы I-IV. Авторы исследования, опубликованного в Nature, детально описали механизм работы CBASS первого типа, противодействующей стафилококковым фагам.

Ученые работали с системой CBASS I типа, которая с помощью биоинформатического анализа была найдена в геноме Staphylococcus schleiferi. Система содержит два компонента: Cdn и трансмембранный эффекторный белок Cap15. Ранее было показано, что она блокирует фаговую инфекцию, повреждая мембраны зараженных клеток. Исследователи не смогли идентифицировать фагов, которые заражают S. schleiferi, поэтому они клонировали систему CBASS этой бактерии и экспрессировали ее в клетках лабораторного штамма Staphylococcus aureus RN4220. Полученные клетки заражали различными стафилококковыми фагами. Оказалось, что CBASS защищает далеко не от всех фагов, а экспрессия Cdn без Cap15 вообще не дает никакой защиты от вирусов. Используя флуоресцентные белки, позволяющие выявлять клетки с поврежденной мембраной, авторы показали, что исследуемая CBASS функционирует по тому же принципу, что и другие CBASS: она защищает популяции клеток, запуская повреждение клеточных мембран без лизиса, чтобы остановить деление зараженных клеток и тем самым спасти от гибели всю популяцию.

Дальнейшие исследования показали, что для активации Cdn необходимая особая вирусная РНК, которая транскрибируется с генов, кодирующих терминазу у фагов. Без этой РНК система CBASS не функционирует. Новая некодирующая РНК длиной около 400 п. о. получила название cabRNA (от CBASS-activating bacteriophage RNA). CabRNA содержит особые вторичные и третичные структуры, с помощью которых она может связываться с положительно заряженной поверхностью Cdn и активировать его. Также авторы выяснили, что фаги, устойчивые к CBASS, кодируют удлиненную форму cabRNA, которая не может активировать Cdn.

Исследователи детально изучили мутантные формы cabRNA, которые сохраняют способность активировать Cdn. Они показали, что далеко не все мутации в cabRNA обеспечивают уклонение от защитной системы. Фаги, несущие варианты, которые увеличивают длину cabRNA, не активируют CBASS-иммунитет и являются жизнеспособными. Однако при конкуренции с фагом дикого типа они уступают ему в приспособленности.

Ученые также отметили, что один и тот же фаг может дать начало нескольким cabRNA. Кроме того, cabRNA обладает рядом особенностей, благодаря которым она существенно отличается от собственных РНК бактерий — это позволяет бактериям избежать аутоиммунных реакций.

Клетки млекопитающих поглощают фаговые частицы, чтобы усилить рост и метаболизм