Кишечные бактерии используют вирусное оружие для борьбы с конкурентами

8 октября 2012 года

Кишечные бактерии-энтерококки содержат в своем геноме "инструкции" по производству вирусов, уничтожающих другие микробы со схожими пищевыми привычками, что позволяет этим бациллам удерживать свою нишу в кишечнике млекопитающих, заявляют биологи в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Микрофлора в кишечнике человека и других млекопитающих состоит из сотен различных видов бактерий, занимающих различные пищевые ниши. Численность того или иного типа бактерий определяется особенностями иммунной системы и "балансом сил" между различными видами микробов. Благодаря этому в кишечнике складывается относительно устойчивое сообщество бактерий, состав которого может значительно меняться во время расстройств пищеварения или после приема антибиотиков.

ПОЛЕ БИТВЫ - КИШЕЧНИК

Группа биологов под руководством Лоры Хупер (Lora Hooper) из университета штата Техас в Далласе (США) изучала геном бактерии-энтерококка Enterococcus faecalis, одной из самых распространенных бактерий в микрофлоре человека и других животных.

Авторы статьи обратили внимание на то, что геном энтерококка содержит в себе семь фрагментов, больше напоминающих по своей структуре вирусную, а не бактериальную ДНК. Ученые проверили, вырабатывает ли бактерия вирусы, изучив продукты ее жизнедеятельности при избытке и недостатке питательных веществ.

Эксперимент показал, что микробы выделяли в окружающую среду не один, а сразу два типа так называемых профагов - вирусов, встраивающихся в геном бактерии и меняющих ее жизнедеятельность изнутри. Концентрация вирусов зависела от насыщенности питательной среды аминокислотами - чем больше "кирпичиков жизни" содержал раствор, тем больше профагов вырабатывали бактерии.

Хупер и ее коллеги выделили из питательного раствора ДНК этих вирусов и проанализировали их структуру. Оказалось, что первый вирус под кодовым именем фV1 содержал в себе фрагменты, предназначенные для заражения и уничтожения ближайших родственников бактерии - других штаммов Enterococcus faecalis. Второй вирус, фV7, не был похож на типичные профаги и в его ДНК отсутствовали элементы, отвечающие за синтез белковой оболочки и другие компоненты вируса.

СИЛА "ТАНДЕМА"

Биологи предположили, что эти вирусы действуют в тандеме. Они проверили это утверждение, вырастив два штамма энтерококка с поврежденными участками-"прародителями" фV1 и фV7. По отдельности эти вирус не заражали бактерий - фV1 не мог проникнуть в клетку, а частицы фV7 прикреплялись к микробам, но это не приводило к их гибели.

Убедившись в наличии "вирусного оружия" у бактерии, исследователи попытались выяснить, как его использование влияет на благополучие Enterococcus faecalis. Для этого ученые приобрели нескольких мышей с отсутствующей микрофлорой и разделили их на две группы.

В первом случае грызуны ели еду с добавлением бактерий из нормальной микрофлоры, а во втором - с мутантными Enterococcus faecalis, в геноме которых отсутствовали гены фV1 и фV7. Как и ожидали биологи, число микробов в тонком кишечнике и толстой кишке было заметно ниже во втором случае.

Таким образом, Хупер и ее коллегам удалось показать, что энтерококк использует вирусы в качестве оружия в конкурентной борьбе с другими штаммами бактерий. Вполне возможно, что и другие бациллы прибегают к таким же методам "самозащиты", пытаясь укрепиться в составе микрофлоры кишечника.