Mikroskopijny wyścig zbrojeń: jak bakterie unikają ataku bakteriofagów

Naukowcy z UT Southwestern Medical Center odkryli ponad 200 strategii obronnych, które bakterie wykorzystują, aby uniknąć infekcji wirusowej. Wyniki badań, opublikowane w Cell Host & Microbe, rzucają nowe światło na mikroskopijny „wyścig zbrojeń” między bakteriami a fagami, czyli wirusami infekującymi bakterie. Odkrycie może w przyszłości przyczynić się do opracowania nowych metod walki z opornymi na antybiotyki zakażeniami.

Bakterie kontra fagi – odwieczna wojna

Jak wszystkie organizmy żywe, bakterie pozostają w stałym zagrożeniu ze strony wirusów. Fagi wnikają do komórek bakteryjnych i przejmują nad nimi kontrolę. Aby przetrwać, bakterie wykształciły różnorodne mechanizmy obronne – od enzymów degradujących kwasy nukleinowe wirusa, przez modyfikacje chemiczne DNA, aż po bardziej dramatyczne strategie, takie jak „infekcja samobójcza”, polegająca na uśmierceniu zainfekowanej komórki w celu ochrony populacji.

Nowatorska metoda identyfikacji genów

Dotychczas większość badań opierała się na poszukiwaniu klastrów genów obronnych w genomach bakteryjnych. Zespół kierowany przez dr. Kevina Forsberga i doktoranta Luisa Rodrigueza-Rodrigueza zastosował inną strategię. Zamiast tego wykorzystano DNA pochodzące z próbek ludzkiej mikrobioty jelitowej, jamy ustnej oraz z gleby. Fragmenty DNA, zawierające po kilka genów, wprowadzano do Escherichia coli – bakterii modelowej, a następnie eksponowano na różne fagi. Kolonie bakterii, które przeżyły atak, wskazywały na obecność nowych genów obronnych.

Ponad 200 systemów obronnych

W ten sposób odkryto ponad 200 systemów obronnych, w tym wiele dotąd nieznanych. Część z nich kodowała nukleazy, czyli enzymy rozcinające DNA lub RNA. Inne odpowiadały za enzymy zależne od modyfikacji DNA, które rozpoznają tylko cząsteczki oznaczone dodatkowymi grupami chemicznymi – mechanizm wykorzystywany przez niektóre wirusy w celu obejścia klasycznych enzymów restrykcyjnych.

Zespół zidentyfikował również geny kodujące białka powierzchniowe utrudniające przyłączanie fagów, a także te indukujące „zakażenie abortywne”, w którym bakteria po infekcji przechodzi w stan uśpienia lub ginie, chroniąc w ten sposób sąsiednie komórki.

Przyszłość badań

Co istotne, większość z odkrytych genów ma nadal nieznaną funkcję. Dr Forsberg i jego współpracownicy planują ich dalsze badania, aby zrozumieć, w jaki sposób mogą zostać wykorzystane do opracowania nowych metod walki z infekcjami bakteryjnymi, zwłaszcza tymi opornymi na antybiotyki.

W badaniu uczestniczyli także: dr Vincent Tagliabracci, prof. biologii molekularnej, oraz doktoranci James Pfister, Arabella Martin i Luis Mercado-Santiago.

Źródło: Cell Host & Microbe, The secret lives of bacteria: How they evade viral attack
DOI: 10.1016/j.chom.2025.07.005