Жизнь холерных вибрионов полна невзгод и опасностей. Возбудители холеры борются не только с антибиотиками и мерами общественной гигиены. Они также постоянно подвергаются атакам бактериофагов, вирусов, которые заражают и убивают бактерии. Эти вирусы могут повлиять не только на отдельно взятую инфекцию; они, в зависимости их количества, активности и вирулентности по отношению к конкретным штаммам вибрионов, способны вызывать или прекращать вспышки и целые эпидемии.
Продолжающаяся с 60-х годов прошлого века вялотекущая пандемия холеры была вызвана так называемым «седьмым пандемическим штаммом Эль-Тор» (7PET) Vibrio cholerae, который распространялся по всему миру последовательными волнами. В эволюционной «гонке вооружений» бактерии приспособились давать отпор, развивая защитные механизмы против фагов. Например, многие штаммы бактерий содержат мобильные генетические элементы, которые обеспечивают их противовирусными средствами. Почему же некоторые штаммы холеры так успешно избегают атак фагов? Может ли это способствовать разрушительному воздействию патогена на человеческие популяции и усиливать его?
Стоит отметить одно событие. В начале 1990-х годов по Перу и большей части Латинской Америки прокатилась эпидемия холеры, в результате которой более 1 миллиона человек были инфицированы и тысячи умерли. Ответственные за это штаммы принадлежали к западноафриканско-южноамериканской (WASA) линии V. cholerae. Почему штаммы WASA вызвали такую крупную вспышку в Латинской Америке, до сих пор не было до конца выяснено.
Новое исследование, проведенное группой Мелани Блокеш из Института глобального здравоохранения Федеральной политехнической школы в Лозанне (EPFL), раскрыло секрет этих штаммов. Исследование, опубликованное в Nature Microbiology, показывает, что линия WASA в процессе адаптации приобрела сразу несколько иммунных систем, которые защищают ее от различных типов фагов. И эта защита, возможно, способствовала массовому распространению эпидемии в Латинской Америке. Исследователи изучили перуанские штаммы холеры 90-х годов, проверяя их устойчивость к ключевым фагам, особенно к ICP1 — доминирующему вирусу, который был тщательно изучен в эндемичном по холере районе Бангладеш. Там, как считается, он способствует ограничению вспышек холеры. Удивительно, но перуанские штаммы были невосприимчивы к ICP1, в то время как другие штаммы, характерные для 7-й пандемии, от него погибали.
Удалив определенные участки ДНК штамма холеры и вставив эти гены в другие бактериальные штаммы для проверки их функции, команда определила два основных защитных участка в геноме штамма WASA, а именно в так называемом профаге WASA-1 и геномном участке, известном как «островок седьмой пандемии II» (VSP- II). Эти участки генома кодируют специализированные антифаговые системы, которые работают вместе для создания бактериальной иммунной системы, способной защищаться от фаговых инфекций.
Одна из таких систем, WonAB, запускает реакцию «абортивной инфекции», которая убивает инфицированные клетки до того, как фаги смогут размножиться. Кворум приносит в жертву несколько бактерий, чтобы спасти большую популяцию. Эта стратегия отличается от классических бактериальных иммунных систем, таких как системы рестрикции-модификации, которые разрушают ДНК фага по мере его проникновения в клетки.
Вновь обнаруженный нами механизм останавливает размножение фага, но только после того, как тот уже захватил клеточный механизм бактерии холеры. Он эффективно блокирует зараженные бактерии. Да, они гибнут, но, по крайней мере, фаг не распространяется на здоровые клетки.
Дэвид Адамс, ведущий автор исследования.
Две другие системы, GrwAB и VcSduA, выполняют иные защитные функции. GrwAB воздействует на фаги с помощью химически модифицированной ДНК — стратегия, используемая самими фагами для маскировки своих геномов и уклонения от других бактериальных иммунных систем. Универсальная защита VcSduA действует против различных семейств вирусов, обеспечивая многоуровневую защиту, которая расширяет спектр резистентности бактериальной популяции.
По сути, бактерия линии WASA обладает расширенным арсеналом противофаговых защитных систем, что позволяет ей противодействовать широкому спектру бактериофагов в дополнение к защите от главного «хищника» ICP1.
Понимание того, как эпидемические бактерии противостоят нападению фагов, имеет немаловажное значение, особенно с учетом того, что интерес к фаготерапии — использованию вирусов для лечения бактериальных инфекций — вновь возрос как альтернатива лечению антибиотиками.
Если возбудители особо опасных (1-я группа патогенности) и опасных инфекций (2-я группа, к которой относится V. cholerae), смогут повысить свою живучесть за счет усиленной противовирусной защиты, это может в корне изменить наш подход к профилактике и лечению инфекционными заболеваний.
Ранее ученые неожиданно выяснили, что устойчивость бактерий к антибиотикам воспитали ежи, причем случилось это задолго до появления синтетических антибиотиков.