Клеточная кухня: в меню сегодня фаги
Клетки млекопитающих пожирают бактериофагов для подпитки своего роста.
Кишечник человека - это оживленная магистраль для разнообразных микроорганизмов, включая множество бактериофагов, которые также регулируют микробиом кишечника и хотя бактериофаги не могут инфицировать клетки млекопитающих, их пути все равно пересекаются. Клетки млекопитающих могут поглощать бактериофагов в кишечнике. Исследователи обнаружили, что различные бактериофаги вызывают различные реакции, такие как противо- или провоспалительные реакции в клетках млекопитающих. Однако остается неясным, как бактериофаги взаимодействуют с клетками и модулируют клеточные и иммунные реакции.
Джереми Барр, биолог по бактериофагам из Университета Монаша, и его коллеги задались целью выяснить, активируют ли фаги воспалительные процессы. Их результаты, опубликованные в журнале PLOS Biology, показали, что клетки млекопитающих поглощают бактериофаги для подпитки клеточного роста, не провоцируя при этом воспаление. "Клетки млекопитающих активно поглощают и перемещают фаги, поэтому важно понимать потенциальные реакции и последствия, даже если они будут умеренными или слабыми", - пояснил Барр.
Чтобы изучить последствия потребления фагов клетками млекопитающих, Барр и его группа применили высокоочищенный фаг Т4, хорошо изученный бактериофаг, который инфицирует Escherichia coli, к трем линиям клеток млекопитающих. Клетки с готовностью заглатывали и интернализовали фаги, захватывая большие порции жидкости с помощью макропиноцитоза, заключая "еду" в маленькую везикулу. Реакция - или ее отсутствие - удивила исследователей. Бактериофаговая трапеза не активировала внутриклеточные рецепторы нуклеиновых кислот толл-подобных рецепторов-9 и циклической GMP-AMP-синтазы, которые стимулируют интерфероновый ответ и приводят к воспалению. Это говорит о том, что капсид фага остается неповрежденным и не высвобождает фаговую ДНК внутри везикулы, не позволяя поглощенным фагам провоцировать иммунную систему.
Заинтригованные тем, что клетки активно поглощали фаги, Барр и его сотрудники оценили другие реакции, опосредованные фагами. Исследователи использовали микрочипы, включающие две тысячи антител, направленных на белки основных клеточных сигнальных путей, чтобы оценить более широкие эффекты клеточных механизмов. Они сопоставили статистические изменения в экспрессии и фосфорилировании ключевых сигнальных белков с клеточными процессами, используя сетевой подход. Это позволило исследователям выявить наиболее значимые звенья, на которые повлияло воздействие фагов; два звена привлекли их внимание.
Фаги стимулировали и активировали протеинкиназу B-зависимый механизм, который способствует клеточному росту, пролиферации, метаболизму, макропиноцитозу и выживанию. Барр считает, что макропиноцитоз вызывает петлю положительной обратной связи, побуждая клетку поглощать еще больше фагов. Кроме того, фаги снижали активность циклин-зависимой киназы-1, которая участвует в делении клеток. Насытившись фагами, клетки, казалось, оставались в длительной фазе роста. Исследователи использовали анализ клеточной пролиферации, чтобы подтвердить, что ингибирование этого механизма задерживает клеточный цикл.
"Хотя исследование оставляет больше вопросов, чем ответов, это важный вклад в наше понимание фагов", - считает Анджей Гурски, врач и ученый из Института иммунологии и экспериментальной терапии имени Людвика Хиршфельда, который не принимал участия в исследовании. Гурски считает, что продолжение этой работы поможет выяснить влияние проникновения фагов на клеточный метаболизм. Клетки млекопитающих, по-видимому, хорошо приспособлены к тому, чтобы аккуратно переправлять фаги из окружающей среды внутрь клетки. "С точки зрения клетки, сжатые нуклеотиды являются ценным питательным веществом, которое обычно не доступно внеклеточно", - добавляет Барр.
У исследователей остаются открытые вопросы, но эти результаты позволяют взглянуть на взаимодействие фагов и клеток млекопитающих с другой стороны. Далее Барр и соавторы планируют глубже понять, как клетки млекопитающих пробуждают аппетит к фагам и как они используют эти фаговые "закуски".
