E. coli закладывают вирусные мины в соседние бактерии
Некоторые Escherichia coli, включая те, которые живут в кишечнике человека, вырабатывают токсин колибактин.
Он пробуждает дремлющие вирусы в соседних бактериях, иногда приводя к их уничтожению, сообщают исследователи в журнале Nature. Такой тип биологической войны между бактериями ранее не был описан. "Это интересная и одновременно опасная стратегия", - говорит Хизер Хендриксон, эволюционный микробиолог из Университета Кентербери в Крайстчерче, Новая Зеландия, которая не принимала участия в работе.
Производители колибактина должны подкрасться к своим бактериальным врагам и привести в действие боеприпас, спрятанный в ДНК врагов. Эти мины - профаги - заражающие бактерии вирусы, которые внедряются в ДНК своих хозяев, где они безвредно скрываются и находятся в спящем состоянии до тех пор, пока что-то не вызовет их пробуждение. В данном случае это что-то - повреждение ДНК, вызванное колибактином.
Когда колибактин повреждает ДНК, в дело вступает бактериальная система восстановления, называемая SOS-ответ, обнаружили химик-биолог Эмили Балскус и ее коллеги. "Многие фаги используют эту реакцию", - говорит Балскус, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза при Гарвардском университете. "Это сигнал для них выйти из спящего состояния, пробудиться, чтобы убить своего хозяина и отправиться на поиски нового", - говорит она. Как только фаги просыпаются, они реплицируются и вырываются из клетки-хозяина, уничтожая ее.
Но как только эти вирусные гранаты взрываются, они могут заразить другие бактерии, потенциально подвергая атакующие бактерии и другие близлежащие микробы воздействию "биологической шрапнели". Люди также могут попасть под перекрестный огонь. Исследователи уже знали, что колибактин может вызывать повреждение ДНК человека, что может привести к раку толстой кишки. Но как и почему бактерии используют именно это химическое вещество, было неизвестно. По словам Хендриксон, новое исследование предполагает, что E. coli может вырабатывать колибактин не для того, чтобы нападать на своих хозяев-людей, а в качестве контрмеры против других бактерий. "Легко забыть, что между бактериями идет непрерывная война, и мы можем и не быть центром их деятельности".
Для бактерий колибактин обычно не является смертоносным оружием. У большинства бактерий, которые исследовали Балскус и ее коллеги, колибактин вызывал повреждение ДНК, но бактерии были способны восстанавливать повреждения. Это может быть связано с тем, что колибактин - нестабильное химическое вещество, которое быстро разрушается, прежде чем успевает разрушить достаточное количество ДНК, чтобы нанести непоправимый вред. По словам Балскус, некоторые бактерии также производят другие химические вещества, которые обезвреживают колибактин до того, как он успеет повредить ДНК. Только бактерии, в ДНК которых есть неразорвавшиеся профаги и нет других защитных средств, были уязвимы для бактерий, вырабатывающих колибактин, в лабораторных экспериментах.
Поскольку колибактин быстро распадается, "это говорит о том, что это очень короткодействующая реакция", - говорит Балскус. "Возможно, это может иметь эффект, когда бактерии образуют биопленки, где триллионы бактерий расположены рядом друг с другом". Также, колибактин может быть не единственным фактором, участвующим в разрушении соседних бактерий. Группа Балскус не доказала, что только колибактин может привести к детонации профагов. Возможно, для запуска фейерверка требуется что-то еще в присутствии бактерии, вырабатывающей колибактин, предполагает она.
Исследователи пока не знают, может ли колибактин активировать профаги, когда бактерии находятся в своей естественной среде обитания, например, в кишечнике человека или других животных. И, возможно, пробуждение вирусов - это случайность. "Возможно, [колибактин] эволюционировал не для того, чтобы убивать. Возможно, его основная экологическая функция заключается в выполнении чего-то другого", - говорит Балскус. Но что это может быть пока загадка.
