Процесс проникновения фагов - вирусов, заражающих и размножающихся внутри бактерий, в клетки изучается уже более 50 лет.
В новом исследовании, опубликовано в журнале Current Biology ученые из Университета Иллинойса использовали передовые методы, чтобы рассмотреть этот процесс на уровне единичной клетки. "За последнее десятилетие область биологии фагов переживает бурный рост, поскольку все больше исследователей осознают значение фагов в экологии, эволюции и биотехнологии", - говорит руководитель исследования Идо Голдинг. "Эта работа уникальна тем, что мы рассмотрели фаговую инфекцию на уровне отдельных бактериальных клеток".
Процесс заражения фагом начинается с прикрепления вируса к поверхности бактерии, после чего вирус вводит свой генетический материал в клетку. Затем фаг может либо заставить клетку производить новые фаги и в конце концов взорваться - этот процесс называется лизисом клетки, либо интегрировать свой геном в бактериальный и остаться в спящем состоянии - этот процесс называется лизогенией. Результат зависит от того, сколько фагов одновременно инфицируют клетку. Одиночный фаг вызывает лизис, а заражение несколькими фагами приводит к лизогении.
В данном исследовании ученые хотели выяснить, соответствует ли количество фагов, связывающихся с поверхностью бактерий, количеству вирусного генетического материала, введенного в клетку. Для этого они флуоресцентно пометили как белковую оболочку фагов, так и генетический материал внутри. Затем они культивировали Escherichia coli, использовали различные концентрации инфицирующих фагов и отслеживали, сколько из них смогли внедрить свой генетический материал в кишечную палочку.
"Мы знаем с 70-х годов, что когда несколько фагов заражают одну и ту же клетку, это влияет на исход этого инфицирования. В этой работе мы смогли провести точные измерения, что уникально по сравнению с другими проведенными экспериментами", - считает Голдинг. Исследователи с удивлением обнаружили, что проникновению генетического материала фага могут препятствовать другие фаги, инфицирующие клетку. Они установили, что когда к поверхности клетки прикреплялось больше фагов, относительно меньшее их количество могло проникнуть внутрь. "Наши данные показывают, что первая стадия инфекции, проникновение фага, является важным этапом, который ранее недооценивался", - рассказал Голдинг. "Мы обнаружили, что фаги, совместно инфицирующие бактерии, препятствуют проникновению друг друга, воздействуя на электрофизиологию клетки".
Внешний слой бактерий постоянно сталкивается с движением ионов, которые имеют решающее значение для выработки энергии и передачи сигналов внутрь и наружу клетки. В последнее десятилетие исследователи начали осознавать важность этой электрофизиологии для других бактериальных явлений, включая резистентность к антибиотикам. Данная работа открывает новое направление для исследований бактериальной электрофизиологии - ее роль в биологии фагов. "Влияя на то, сколько фагов проникает внутрь, эти пертурбации влияют на выбор между лизисом и лизогенией. Наше исследование также показывает, что на проникновение фагов могут влиять условия окружающей среды, такие как концентрация различных ионов", - пояснил Голдинг.
Авторы заинтересованы в усовершенствовании своих методов, чтобы лучше понять молекулярные основы проникновения фагов. "Несмотря на то, что разрешение наших методов было хорошим, то, что происходило на молекулярном уровне, оставалось для нас практически недоступным", - говорит Голдинг. "Мы планируем изучить тот же процесс, применив более совершенный экспериментальный метод, и надеемся, что это поможет нам открыть новую биологию фагов".
