Pentru a distruge competiția, bacteriile le aruncă bucăți de viruși morți

Cu mult înainte ca oamenii să fie interesați de uciderea bacteriilor, virușii făceau treaba. Virușii care atacă bacteriile, numiți „fagi” (prescurtarea de la bacteriofagi), au fost recunoscuți pentru prima dată prin capacitatea lor de a crea pete goale pe suprafața plăcilor de cultură care erau odată acoperite într-o grădină de bacterii. După ce au jucat roluri cruciale în dezvoltarea timpurie a biologiei moleculare, un număr de fagi au fost dezvoltați ca potențiale terapeutice pentru utilizare atunci când rezistența la antibiotice limitează eficacitatea medicamentelor convenționale.

Dar suntem relativ în urma curbei când vine vorba de a transforma fagii în instrumente. Cercetătorii au descris o serie de cazuri în care bacteriile au reținut bucăți de viruși inactivați în genomul lor și le-au transformat în arme care ar putea fi folosite pentru a ucide alte bacterii care ar putea concura pentru resurse. Tocmai am ajuns să-mi dau seama de această utilizare a armelor, datorită unui nou studiu care arată că acest proces a ajutat la conservarea diverselor populații de bacterii timp de secole.

Întorsătură ucigașă

Noua lucrare a început când cercetătorii studiau numărul de bacterii asociate cu o plantă sălbatică în Germania. Populația includea diverși membri ai genului PseudoCare poate include agenți patogeni ai plantelor. În mod normal, atunci când bacteriile infectează o nouă victimă, o tulpină se extinde dramatic pe măsură ce își exploatează cu succes gazda. În acest caz însă, Pseudo Populația conținea o varietate de rase diferite care păreau să mențină o concurență stabilă.

Pentru a afla mai multe, cercetătorii au obținut peste 1.500 de genomi individuali din populația bacteriană. Mai mult de 99% dintre acești genomi conțin fragmente de virus, tulpina bacteriană medie având două fragmente separate de virus pândind în genomul lor. Toate acestea aveau părți lipsă în comparație cu un virus funcțional, ceea ce sugerează că erau produsul unui virus care a fost introdus în trecut, dar de atunci a suferit daune care le-au inactivat.

Acest lucru în sine nu este șocant. Mulți genomi (inclusiv al nostru) conțin mulți viruși inactivați. Dar bacteriile tind să îndepărteze ADN-ul străin din genomul lor foarte repede. În acest caz, o anumită secvență virală pare să dateze din strămoșul comun al mai multor tulpini, deoarece virusul a fost inserat toți în aceeași locație genomică și toate cazurile acelui virus au fost inactivate prin pierderea comutatorului. Același set de gene Cercetătorii au numit această secvență VC2.

Mulți fagi au o structură tipică: un „cap” mare care conține materialul lor genetic, sprijinit deasupra unei tulpini care se termină cu un set de „picioare” care îl ajută să se agațe de victimele bacteriene. Odată ce picioarele se ating, piciorul se contractă, o acțiune care ajută la transferul genomul virusului în celula bacteriană. În cazul VC2, tuturor copiilor le lipseau genele necesare pentru a produce secțiunea capului, precum și toate genele necesare pentru a-și procesa propriul genom în timpul infecției.

Acest lucru i-a făcut pe cercetători să bănuiască că VC2 era ceva numit „tailocin”. Aceștia sunt foști fagi care au fost domesticiți de bacterii, astfel încât să poată fi folosiți pentru a dăuna potențialilor concurenți ai bacteriilor. Bacteriile care conțin tilozină pot produce fagi parțiali formați numai din picioare și picioare. Aceste tilozine încă pot găsi și se pot fixa pe alte bacterii, dar când tulpina se contractă, nu există genom de injectat. În schimb, aceasta deschide o gaură în membrana victimei, eliminând parțial limitele celulei și permițând o parte din conținutul acesteia să se scurgă, ducând la moartea acesteia.

Evoluția mea este gratuită pentru toți

Pentru a confirma că secvența VC2 codifică leucina, cercetătorii au cultivat câteva bacterii care conțineau secvența, au purificat proteine ​​din aceasta și au folosit microscopia electronică pentru a confirma că acestea conțineau fagi fără cap. Prin expunerea altor bacterii la tilozină, ei au descoperit că, deși tulpina care a produs-o era imună, multe alte tulpini care creșteau în același mediu au fost ucise de aceasta. Când echipa a șters genele care codifică părți cheie ale tilozinei, uciderea a dispărut.

Cercetătorii emit ipoteza că acest sistem este folosit pentru a elimina potențiala competiție, dar multe tulpini au dezvoltat rezistență la tilozină.

Când cercetătorii au efectuat screening genetic pentru a identifica mutațiile rezistente, au descoperit că rezistența vine prin mutații care interferează cu producerea de molecule complexe de zahăr găsite în proteinele care ajung în exteriorul celulelor. Între timp, cele mai multe dintre diferențele genetice dintre genele VC2 apar în proteinele care codifică tulpinile, care se atașează de aceste zaharuri.

Așadar, se pare că fiecare tulpină bacteriană este atât un agresor, cât și o victimă și există o cursă evolutivă a înarmărilor care duce la un set complex de interacțiuni perechi între tulpini – gândiți-vă la un joc de piatră/hârtie/foarfece cu zeci de opțiuni. Cursa înarmărilor are o istorie. Folosind mostre antice, cercetătorii au arătat că multe variații ale acestor gene există de cel puțin 200 de ani.

Concursurile evolutive sunt adesea gândite ca o simplă bătălie între doi oameni, poate pentru că acesta este un mod ușor de a te gândi la ele. Dar adevărul este că majoritatea dintre ei seamănă mai degrabă cu o ceartă dezordonată într-o cameră de bar – unde este rar ca orice facțiune să obțină un avantaj de durată.

Science, 2024. DOI: 10.1126/science.ado0713 (Despre ID-urile digitale).