Глобальное исследование показывает скрытую роль вирусов в эволюции бактерий и рассказывает об удивительном бактериальном гене, который помогает бороться с ними.
Недавнее международной исследование, проведенное под руководством Каталонского института водных исследований (Испания) в соавторстве с учеными из Китая и Финляндии и опубликованное в журнале iMeta, показывает, как бактериофаги незаметно изменяют генетический ландшафт Salmonella enterica, основной причины заболеваний пищевого происхождения во всем мире. Перенося и распространяя гены вирулентности по экосистемам и континентам, эти вирусные векторы, возможно, повышают способность патогена заражать, сохраняться и эволюционировать. В то же время исследование обнаруживает мощный защитный механизм внутри самой сальмонеллы, что дает новую надежду на разработку безопасных терапевтических стратегий.
В ходе совместного исследования было проанализировано более 466 000 геномов Salmonella enterica и более 5000 вирусных последовательностей из глобальных баз данных. Результаты показали, что фаги выступают в роли глобальных переносчиков генов, повышающих вирулентность бактерий, включая гены fliC, iacP, mgtB и misL. Эти гены участвуют в бактериальной подвижности, колонизации и вторжении в организм хозяина. "Фаги - не просто пассивные пассажиры в микробных экосистемах", - говорит старший автор исследования Мингминг Сун. "Они являются активными участниками эволюции бактерий и в данном случае они помогают распространять гены, которые могут сделать сальмонеллу более опасной".
Исследовательская группа использовала филогенетический анализ, чтобы обнаружить сильное генетическое сходство между генами вирулентности, обнаруженными у фагов и у сальмонелл, что является явным доказательством горизонтального переноса генов. Такие обмены не проходят без последствий. Многие фаги несут генетические элементы, которые попав в бактериального хозяина, могут транскрибироваться и транслироваться с помощью клеточного механизма хозяина, что вызывает опасения по поводу их роли в усилении бактериальной вирулентности.
Возможно, самая неожиданная находка была сделана внутри самой сальмонеллы. Исследователи обнаружили регуляторный ген csrA, который функционирует как естественный защитный механизм. При сверхэкспрессии csrA вмешивается в жизненный цикл фага, усиливая экспрессию гена-репрессора cI. Это снижает активацию и высвобождение профагов, тем самым ограничивая распространение генов вирулентности в бактериальных популяциях. «Мы были удивлены тем, насколько эффективно csrA подавляет активность профагов», - рассказывает Сун. "Как будто бактерии выработали внутренний тормоз, чтобы защитить себя от усиления вирулентности".
Исследование имеет важные перспективы для глобального здравоохранения и безопасности пищевых продуктов. Поскольку фаговая терапия рассматривается в качестве альтернативы антибиотикам, обеспечение того, что терапевтические фаги не несут генов вирулентности, становится критически важным. Исследователи подчеркивают необходимость тщательного скрининга или инженерии фагов, чтобы свести к минимуму риск горизонтального переноса генов. Параллельно с этим понимание роли бактериальных регуляторных генов, таких как csrA, может открыть новые возможности для контроля над распространением генов вирулентности. Эти знания могут помочь в разработке микробных стратегий для ограничения эволюции и передачи патогенов в системах производства продуктов питания.
