Ученые обнаружили новый тип иммунной защиты у бактерий E. coli, которая обращает механизмы вирусной инфекции против самого вируса.
Бактериальная иммунная система, названная в честь китайского военного стратега Кунмина, который, как известно, использовал оружие противника, чтобы победить его, открывает новый иммунный сигнальный путь. Это открытие может послужить основой для разработки будущих биотехнологических инструментов и фаговой терапии как альтернативы антибиотикам.
Более 1800 лет назад в Китае легендарный военный стратег Чжугэ Лян, известный как Кунмин, столкнулся с превосходящими силами противника. Но вместо того чтобы изготовить собственное оружие, он заставил врага доставить его ему. Используя пустые лодки, покрытые соломой, он обманул врага, который выпустил в пустые лодки тысячи стрел. После этого армия Кунмина собрала стрелы и использовала их против врага.
Новое исследование, проведенное под руководством Копенгагенского университета (Дания) и Хуачжунского сельскохозяйственного университета (Китай), показывает, что бактерии разработали аналогичную стратегию защиты от вирусных атак. Недавно обнаруженная иммунная система, которую исследователи назвали Kongming (Кунмин), позволяет атакующему вирусу самому нанести себе поражение. Когда вирус заражает бактерию, Кунмин использует один из собственных ферментов вируса, чтобы активировать защиту, которая останавливает инфекцию. "Мы открыли новый противовирусный сигнальный путь в бактериях, который опирается на вирусный фермент для выработки сигнала тревоги, запускающего защиту - совсем как исторический Кунмин, который использовал стрелы врага против него самого", - объясняет один из руководителей работы Рафаэль Пинилья-Редондо. Статья была опубликована в журнале Science.
Когда вирус атакует бактерию, ему необходимо скопировать свой собственный генетический материал, чтобы быстро распространиться. Для этого некоторые вирусы используют специализированные ферменты, называемые нуклеотидкиназами, которые помогают быстро производить строительные блоки, необходимые для репликации генетической информации. Система Кунмин заставляет фермент производить нечто совершенно иное - молекулу иммунного сигнала, которая заставляет бактерию совершить самоубийство, что останавливает вирус. "Бактерия жертвует собой, чтобы остановить вирус, и это невероятно эффективная стратегия. Бактерия погибает вместе с бактериофагом, не давая инфекции распространиться на другие бактерии в популяции. Это похоже на подрыв моста, чтобы остановить наступающего врага", - объясняет Пинилья-Редондо. Тем не менее, некоторые вирусы выработали контрмеры против Кунмина. "Некоторые вирусы несут в себе специальные ферменты, которые расщепляют молекулы, необходимые для запуска системы. Таким образом они обрывают провода сигнализации до того, как она сработает", - рассказал Пинилья-Редондо.
«Чтобы разработать эффективную фаговую терапию, нам необходимо понять, какие естественные иммунные системы используют бактерии, чтобы противостоять вирусным атакам», - отмечает Пинилья-Редондо. «Охарактеризовав такие защитные механизмы, как Кунмин, и хитрости, которые фаги используют для их обхода, мы сможем лучше разработать стратегии фаговой терапии и повысить их клинический успех». Кроме того, молекулярный механизм, управляющий Кунмином, может быть использован для будущих биотехнологических приложений. Сигнальная молекула, которая специфически активирует систему - DITP - также связана с заболеваниями человека, включая рак. Поскольку иммунный эффекторный комплекс Кунмин высокоспецифичен к этой молекуле, он может стать источником новых инструментов в синтетической биологии и диагностике.
«Иммунный эффекторный комплекс Кунмин специфически реагирует на dITP и его можно использовать для обнаружения этого неканонического нуклеотида, что открывает путь к интересным биотехнологическим приложениям», - поясняет Пинилья-Редондо. Исследователи также выявили варианты системы Кунмин у различных бактерий в окружающей среде, что указывает на широкое распространение этой противовирусной стратегии.
