Наверное, уже всем известно, что бактерии с каждым годом всё быстрее и активнее учатся устойчивости к антибиотикам. А многие уже могут противостоять антибиотикам "последней надежды", которые врачи берегут как зеницу ока на самый крайний случай. Микробиологи не унывают и, как завещали наши советские предки, пытаются научиться использовать вирусы для борьбы с бактериальными заболеваниями.
К счастью для нас, у всего живого есть своя Ахиллесова пята — вирус, и у бактерий она тоже имеется. Пяту зовут бактериофагами, или же фагами. Но так исторически сложилось, что у бактерий и фагов постоянная гонка вооружений, и длится она не один миллион лет. К несчастью для нас, учёные начали находить свидетельства того, что бактерии начинают вести счёт.
Один трюк, который бактерии наловчились делать — это обратный перевод РНК.
Итак, обычно любое существо (за исключением вирусов) хранит свою генетическую информацию в генах в виде ДНК. Затем клетка переводит ДНК на язык РНК, который работники клетки рибосомы понимают и на основании этих чертежей строят белки, которые и делают всю работу в клетке. Так вот, эта цепочка ДНК-РНК-белок была незыблема, пока не оказалось, что вирусы умеют и могут в обратную, то есть, из РНК строить ДНК. Используют они при этом белок-фермент — обратную транскриптазу (убогое приспособление английского слова в русский язык, как по мне).
Этот обратный переводчик имеется не только в ретровирусах, но и в некоторых бактериях. Например, в такой как кишечная палочка Escherichia coli. Она является обычным членом нашей кишечной микробиоты и даже производит нам витамин К для свёртывания крови. И всё вроде замечательно, пока она не научится плохому у других бактерий, а именно устойчивости к антибиотикам.
Любая бактерия может научиться устойчивости не только у других бактерий, но и если хозяин оставит, например, курс антибиотиков посередине. А если такая обученная палочка попадёт не в то место, например, в брюшную полость из-за ранения или же в мочевыводящие пути, то начнёт проказничать и может свести в могилу. Ведь антибиотики последней надежды её брать не будут. Самая последняя последняя надежда человечества — фаги, как показало свежее исследование, тоже, можно сказать, себя исчерпала.
Учёные обнаружили, что палочка создаёт "почти бесконечную" ДНК-копию загадочного короткого кусочка РНК, когда её атакуют фаги. ДНК эта содержит множество копий одной и той же последовательности, иногда более 100 штук! Обычно обратный переводчик после первого перевода РНК в ДНК сбрасывает эту самую РНК, но тут она начинает переводить заново, возвращаясь к началу нити снова и снова, как будто проигрывая песню на повторе. И это не вся странность.
Как белок, который переводит ДНК в РНК, знает, где ему начать?
У каждого гена есть свой выключатель (promoter) — это маленькая последовательность ДНК, которая говорит, когда ген можно включить, то есть начать производить РНК, а затем белок, а когда он должен быть выключен. Так вот, хитрая бактерия сначала делает из загадочной РНК одну ДНК-цепочку. На концах этой цепочки есть половинки выключателя, и одна цепочка не может быть включена, так как половина выключателя отсутствует. Но когда к этой цепочке присоединяют ещё одну, и так до 100 штук, половинки выключателя становятся целыми, и получается куча ДНК с кучей целых и работающих выключателей.
Эта длиннющая ДНК производит белки, которые заставляют бактерию уйти в спячку, то есть в ней ничего не работает. Так случается, когда фаги атакуют эту кишечную палочку, и она "засыпает". Фаг, которому нужны работающие системы бактерии, не может сделать свои копии, так как бактерия их выключила и ушла спать. Почему так происходит, не ясно. Как бактерии затем вычищают вирус из своей клетки — тоже, и вычищают ли — тоже не понятно.
Другая статья, выпущенная в том же месяце, дополняет эту историю: там говорится, что бактерия прерывает заражение фагом, так как клетка не растёт. Как именно, пока не ясно.
Что это значит для человека? Ну, это значит, что одна из потенциально опасных бактерий имеет ещё один вид защиты. Невинная кишечная палочка, научившаяся плохому после вашей поездки на Бали у местных кишечных палочек, может стать беспощадным убийцей, даровав вам кровавый понос, шок и отход в иной мир. Будем надеяться, что учёные будут умнее и найдут оружие для борьбы с микробами, а не-учёные будут более ответственно подходить к лечению антибиотиками, когда их им пропишет врач.
Источники:
Wilkinson, Max E., et al. "Phage-triggered reverse transcription assembles a toxic repetitive gene from a noncoding RNA." Science (2024): eadq3977.
Tang, Stephen, et al. "De novo gene synthesis by an antiviral reverse transcriptase." bioRxiv (2024).
Mitch Leslie, Bacteria use ‘crazy molecular mechanism’ to fight viruses, science
Текст: Евгения Дикарева.