Бактериофаги: вирусы, убивающие бактерии
Вы когда-нибудь задумывались, что у бактерий тоже есть свои личные враги, пострашнее любого антибиотика? Речь о бактериофагах — вирусах, которые охотятся на бактерий. Представьте себе крошечного, но смертоносного киллера, который устроен так просто и одновременно гениально, что учёные до сих пор поражаются. Открыли их ещё в 1915 году, и с тех пор они стали настоящими звёздами вирусологии.
Бактериофаг — это, по сути, генетическая информация (ДНК или РНК), упакованная в белковый контейнер — капсид. Всё гениальное просто. Но природа, как всегда, любит экспериментировать. Взять, к примеру, фаг T4, который атакует нашу старую знакомую кишечную палочку E. coli. У этого товарища есть не только «голова» с ДНК, но и сложный белковый «хвост» с волокнами. Этакий микроскопический посадочный модуль, который нужен, чтобы надёжно прикрепиться к стенке бактерии и впрыснуть свой смертоносный груз. Именно изучая фагов, мы поняли, что вирусы могут жить по-разному, и назвали эти стратегии литическим и лизогенным циклами. Звучит как названия рок-альбомов, правда?
Вирулентные бактериофаги и литический цикл
Есть вирусы-убийцы, которые действуют по принципу «выстрелил и забыл». Их называют вирулентными, и их стратегия — литический цикл. Работает это как идеально спланированная диверсия. Сначала фаг приземляется на стенку бактерии и впрыскивает внутрь свою ДНК. Всё, хозяин обречён, сам того не зная. Вирусная ДНК берёт под контроль все заводы и фабрики клетки и заставляет её штамповать новые вирусные детали. И вот уже внутри бедной бактерии собираются полчища новых захватчиков.
Когда ресурсы исчерпаны, а новые фаги готовы, наступает финал: клетка-хозяин просто лопается (учёные говорят «лизируется»), и армия вирусов вырывается наружу в поисках новых жертв. Весь цикл — от прикрепления до массового побоища — может занять всего 20–30 минут! Учитывая, что бактерии делятся медленнее, фаги могут выкосить целую колонию быстрее, чем мы сварим пельмени. Кстати, по такому же принципу действуют и многие вирусы животных.
Умеренные вирусы и лизогенный цикл
Но не все вирусы — такие уж торопыги. Есть среди них настоящие партизаны — умеренные вирусы. Они не убивают клетку сразу, а встраиваются в её собственную ДНК. Этот процесс называется лизогенным циклом. Представьте: вирус вставляет свой геном прямо в хромосому бактерии. Теперь он — не просто гость, а часть семьи, и называется уже не фагом, а профагом.
И вот тут начинается самое хитрое. Когда бактерия-хозяин размножается и делится, она копирует не только свою, но и вирусную ДНК! То есть все «дети» бактерии уже будут инфицированы. Клетка, которая носит в себе такого спящего агента, называется лизогенной. Она живёт своей жизнью, пока… не наступит стресс. Ультрафиолет, голод, химическая атака — и профаг даёт команду: «Пора!». Он вырезает себя из бактериальной хромосомы и переключается в режим литического цикла. Дальше — лизис и гибель хозяина. Знакомо, да?
Похожим образом ведёт себя вирус герпеса у человека. Сначала он бурно размножается (литический цикл), а потом залегает на дно в нервных клетках и может спать годами (лизогенный цикл). Но стоит нам простыть или перенервничать, как он просыпается и снова входит в активную фазу. Природа — гениальный стратег.
Псевдолизогенный цикл
А что, если ни один из этих сценариев не подходит? Представьте, что клетка-хозяин голодает. Ей не до размножения, ресурсов в обрез. Вирус в такой ситуации тоже впадает в некий аналог анабиоза. Его ДНК болтается внутри бактерии, не встраиваясь в геном и не начиная активное размножение. Это состояние называют псевдолизогенией, а «дремлющий» вирус — препрофагом. Как только обстановка нормализуется и питание возвращается, препрофаг оценивает обстановку и выбирает свой путь — стать ли тихим партизаном или пойти вразнос. Вот такая удивительная жизнь, скрытая от наших глаз.
Источники:
Feiner, R., Argov, T., Rabinovich, L., Sigal, N., Borovok, I., Herskovits, A. (2015). A new perspective on lysogeny: prophages as active regulatory switches of bacteria. Nature Reviews Microbiology, 13(10), 641–650.
