Бактериофаги, называемые также фагами, - это вирусы, которые заражают и убивают бактерии, являющиеся их естественными хозяевами.
Фаги повсеместно распространены в окружающей среде и являются неотъемлемыми компонентами нашего микробиома, заселяя все ниши организма. Таким образом, организм человека часто и постоянно подвергается воздействию разнообразных фагов. Особенно это касается кишечника, где обитает большое разнообразие микроорганизмов. Фаги являются важнейшими компонентами кишечника и участвуют в генетической диверсификации и индивидуализации микробиома кишечника на протяжении всей жизни. Хотя фаги способствуют многим изменениям в микробных сообществах кишечника, известно, что они также взаимодействуют с подстилающими клеточными слоями млекопитающих. Клетки млекопитающих могут захватывать фаги с помощью различных механизмов, что приводит к интернализации и накоплению активных фагов. Было показано, что фаги связывают специфические клеточные рецепторы млекопитающих, вызывая рецептор-опосредованный эндоцитоз. Однако преобладающим механизмом проникновения фагов в клетки млекопитающих является неспецифическая интернализация через макропиноцитоз.
Макропиноцитоз - это актиновый процесс, характеризующийся неспецифической интернализацией внеклеточной жидкости, питательных веществ и потенциальных микроорганизмов в крупные эндоцитарные везикулы, называемые макропиносомами. Макропиноцитоз необходим для клеточного роста и клеточной пролиферации, поскольку позволяет клетке получить доступ к внеклеточным питательным веществам. Кроме того, макропиноцитоз позволяет обнаружить патогены и чужеродные нуклеиновые кислоты, что приводит к активации врожденной иммунной системы.
Макропиноцитоз фагов клетками млекопитающих представляет собой неспецифический процесс, при котором клетки создают опосредованные актином оболочки, вытягивающиеся наружу из цитозоля, чтобы захватить внеклеточную среду и находящиеся в ней фаги. Фаги, интернализованные этим способом, постоянно накапливаются во внутриклеточных макропиносомах. Дальнейшая обработка макропиносомы может идти по различным путям, включая слияние с другими эндоцитарными везикулами, слияние с лизосомами, приводящее к окислению и инактивации интернализованных компонентов, рециркуляцию и транспорт к плазматическим мембранам, а также конститутивный экзоцитоз.
Попадая в клетку, фаги могут стимулировать самые разнообразные эффекты. Немногочисленные исследования, посвященные изучению клеточного и врожденного иммунного ответа на фаги, позволяют говорить о двух противоположных реакциях. С одной стороны, известно, что некоторые фаги, такие как T4 или T7, вызывают противовоспалительный ответ. С другой стороны, все большее число исследований показывает провоспалительный иммунный ответ и воспалительный ответ на определенные фаги, включая нитчатый фаг Pf. Таким образом, оказывается, что некоторые фаги могут вызывать противо- или провоспалительные реакции, что указывает на специфичность клеточного распознавания конкретных типов вирусов. Остается неясным, как фаги взаимодействуют с врожденным иммунным ответом клеток млекопитающих и модулируют его, а также как эти взаимодействия могут влиять на последующие клеточные процессы.
В данной работе мы изучили, может ли фаг Т4 модулировать клеточные и врожденные иммунные пути в клеточных линиях in vitro. Мы продемонстрировали, что фаги интернализуются клетками млекопитающих посредством макропиноцитоза, при этом функциональные фаги постоянно накапливаются в макропиносомах. Все препараты фагов были высокоочищены и подтверждены как не содержащие бактериальных эндотоксинов. Чтобы дополнительно убедиться в том, что обнаруженные клеточные реакции вызываются самими фагами, мы использовали сравнительный контроль, состоящий из высокоочищенного фагового лизата, отфильтрованного 4 раза через фильтр 0,02 мкм для удаления фаговых частиц и получения лизата, не содержащего фагов и состоящего из фонового супернатанта. На основе этих образцов были проведены люциферазный анализ, анализ клеточной пролиферации и исследование антител для изучения изменений в клеточном и врожденном иммунитете, вызванных присутствием фага Т4.
Полученные результаты показали, что фаг T4 не активирует ДНК-опосредованные пути воспаления, а, напротив, интернализация фага вызывает широкие клеточные сигнальные каскады, влияющие на клеточный метаболизм, выживание, прогрессию клеточного цикла и рост. Таким образом, мы пришли к выводу, что клетки млекопитающих интернализуют бактериофаги как ресурс, способствующий клеточному росту и метаболизму.
