Вирусы-бактериофаги общаются между собой

Израильские ученые из Института имени Вейцмана (Weizmann Institute of Science) сделали новое открытие, касающееся вирусов-бактериофагов. Оказалось, что вирусы, которые заражают бактерий из рода Bacillus, передают друг другу сообщения. Вирус, атакующий бактерию, способен «прочитать» сообщение своего предшественника и в зависимости от его содержания выбрать, что делать дальше – убить свою цель или только заразить ее.

Израильтяне работали над гипотезой о том, что бактерии могут предупреждать другие бактерии об атаке вирусов. Исследователям было известно, что бактерии могут определенным образом координировать свои действия, оставляя друг другу сигналы, которые называются quorum sensing – «чувство кворума», дистанционное микробное взаимодействие. Однако вместо общения между бактериями сотрудники института имени Вейцмана, к своему удивлению, обнаружили коммуникации между вирусами. Бактериофаги phi3T производили химические соединения, которые влияли на поведение других вирусов того же вида.

Некоторые бактериофаги способны атаковать свои цели двумя разными способами. Они могут заразить клетки носителя и делиться там, пока те не погибнут – или встроиться в геном бактерии и «уснуть», пока какой-либо триггер не пробудит их к активности. С помощью химических сигналов вирусы phi3T «командовали» друг другом, заставляя своих «коллег» выбрать определенный способ заражения. Чтобы проверить свое предположение, ученые поместили некоторое количество вирусов в сосуд с бактериями Bacillus subtilis, и отметили, что вирусы предпочитают сразу убивать бактерии. Затем они аккуратно убрали из сосуда и бактерии, и вирусы, не трогая белковые следы, оставленные вирусами. Эти белки добавили к свежей культуре Bacillus subtilis и phi3T. В новом эксперименте вирусы вели себя иначе – они предпочитали засыпать, оставив свой геном внутри бактерий. Молекулу, которая при этом была активна, назвали «arbitrium» (от латинского «решение»).

Дальнейшие исследования показали, что arbitrium выделяется тогда, когда зараженная вирусом бактерия умирает. Если умерло большое количество бактерий – уровень arbitrium повышается, и вирусы прекращают убивать бактерии, засыпая на некоторое время, пока бактерии снова не размножатся в достаточном количестве. Возможно, arbitrium – не единственный способ коммуникации вирусов, и, скорее всего, не только бактериофаги могут общаться между собой. Есть вероятность, что передавать друг другу сигналы могут и те вирусы, которые поражают гораздо более сложные, чем бактерии, организмы – в том числе людей.

То, что бактерии способны общаться друг с другом с помощью электрохимических сигналов – наподобие того, как общаются между собой нервные клетки – обнаружили специалисты из Калифорнийского университета в Сан-Диего (University of California in San Diego) осенью 2015 года. Они заинтересовались особенностями роста и питания больших бактериальных скоплений – их увеличение носило скачкообразный характер, периодически колонии переставали расти. Выяснилось, что когда бактерии, находящиеся в середине колонии, начинают голодать, они посылают особый электрохимический сигнал на периферию. Получив этот сигнал, бактерии по краям перестают употреблять питательные вещества (а колония прекращает расти), и начинают передавать их в центр, пока его обитатели не насытятся и не прекратят сигналить. После этого колония снова начинает расти.

Сейчас исследования на эту тему продолжаются, и сотрудники Калифорнийского университета в Сан-Диего открыли новые взаимодействия. Бактерии, заявили специалисты, общаются не только с себе подобными, но и с другими микроорганизмами. Ученые обнаружили, что Bacillus subtilis, формирующие вместе с грибками и одноклеточными биопленку, регулируют численность микроорганизмов в своей среде обитания. Биопленка – это тонкий слой таких организмов, располагающийся на какой-либо поверхности. Благодаря совместной работе бактерии и их соседи эффективно сопротивляются антибиотикам и химическим воздействиям. Если бактерии «решают», что их биопленка имеет слишком маленький объем – они посылают электрические сигналы наружу, выпуская ионы за ее пределы. Другие микроорганизмы, получив такой сигнал, воспринимают его как пригласительный билет и присоединяются к биопленке.

Специалисты из Университета Иллинойса (University of Illinois), основываясь на этой работе, планируют выяснить, можно ли повлиять на бактериальные сигналы. В связи с тем, что в последнее время как никогда актуальна проблема резистентности к антибиотикам, они хотят найти возможность с помощью этих сигналов приказать бактериям оставаться в состоянии, не враждебном человеческому организму. Ученые будут работать с колониями стрептококков, а также изучать, как с помощью сигналов можно разрушать биопленку. Возможно, исследователям удастся создать первый человеко-бактериальный разговорник.