Фаги используют микроРНК для захвата бактериальных клеток и ускорения репликации

Исследования бактериофагов (фагов) за последнее столетие привели к крупным биологическим открытиям в области основных молекулярных процессов и систем бактериальной защиты.

Фаги являются наиболее распространенными генетическими объектами на Земле (≈1031) и формируют эволюцию и экологию бактерий, влияют на вирулентность и устойчивость к антибиотикам. Новое исследование, проведенное Еврейским университетом в Иерусалиме и опубликованное в журнале Molecular Cell, показывает, как фаги используют микромолекулу РНК, называемую PreS, для захвата бактериальных клеток и ускорения их собственной репликации. Действуя как скрытый генетический "переключатель", который перестраивает ключевые бактериальные гены, PreS помогает вирусу более эффективно копировать свою ДНК. Раскрывая, как фаги используют такие инструменты, как PreS, для контроля над бактериальными клетками, это исследование дает важные базовые знания, которые могут помочь ученым в разработке более эффективных методов лечения фагами в будущем.

Исследование показывает, что фаги также используют молекулы РНК для быстрого перепрограммирования клетки-хозяина после того, как бактериальные гены уже считаны и получены бактериальные сообщения (мРНК), что обеспечивает дополнительный уровень контроля во время заражения. PreS присоединяется к этим важным бактериальным сообщениям и изменяет их таким образом, чтобы помочь вирусу скопировать свою ДНК и более эффективно продвигаться к стадии, на которой образуются новые фаги. Используя передовой методы картирования взаимодействий РНК–РНК (так называемый RIL-seq), исследователи обнаружили, что одной из ключевых мишеней PreS является бактериальный сигнал, который вырабатывает DnaN, белок, играющий центральную роль в копировании ДНК. Помогая клетке вырабатывать больше dnaN, PreS дает вирусу преимущество в процессе инфицирования.

Интересно, что PreS работает, изменяя форму бактериального сообщения dnaN. Обычно часть этого сообщения плотно свернута, что затрудняет доступ к ней рибосом. PreS связывается с этой свернутой областью, открывает ее и позволяет рибосомам транслировать сообщение более эффективно. Результат: больше белка dnaN, более быстрое копирование вирусной ДНК и более интенсивное заражение. Когда исследователи удаляли PreS или разрушали место, где он связывается, фаг становился слабее и размножался медленнее.

Это открытие особенно важно, поскольку малые РНК традиционно не рассматривались в качестве основных действующих лиц в биологии фагов. Тем не менее, PreS обладает высокой консервативностью во многих родственных вирусах, что позволяет предположить, что фаги могут использовать общий "инструментарий" из малых РНК, который ученые только начинают открывать. Эта небольшая РНК обеспечивает фагу еще один уровень контроля. Регулируя важные бактериальные гены в нужный момент, вирус повышает свои шансы на успешную репликацию. "Что нас больше всего поразило, так это то, что бактериофаг лямбда, один из наиболее интенсивно изучаемых вирусов на протяжении более чем 75 лет, все еще скрывает свои секреты. Открытие неожиданного РНК-регулятора в такой классической системе позволяет предположить, что мы ухватились лишь за одну ниточку из того, что может оказаться более богатым и запутанным гобеленом РНК-опосредованного контроля фагов", - рассказал соавтор исследования Сахр Меламед.

Понимание того, как фаги контролируют бактериальные клетки, имеет решающее значение как для фундаментальной науки, так и для будущих медицинских применений. В то время как мир ищет решения для борьбы с инфекциями, устойчивыми к антибиотикам, фаги вызывают все больший интерес в качестве целенаправленной и гибкой терапии. Открытия, подобные PreS, показывают, что даже мельчайшие вирусные молекулы могут оказывать большое влияние на успех инфекции. В долгосрочной перспективе эти знания могут помочь исследователям в разработке фагов, которые будут более безопасными, предсказуемыми и эффективными в борьбе с резистентными бактериями.