Найден механизм защиты бактерий от вирусов

Группа ученых из Европейской молекулярно-биологической лаборатории описала механизм действия ретронов — особых элементов бактериальной клетки. Они регулируют систему токсинов и антитоксинов в бактериальной клетке, защищая всю популяцию от заражения вирусами. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Фото: Creative Team/EMBL

В 80-х годах прошлого века биологи впервые открыли новую структуру в бактериальной клетке — ретроны. Эти элементы содержат обратную транскриптазу (фермент, который синтезирует ДНК на матрице РНК) и некодирующую РНК. Обратная транскриптаза использует фрагмент РНК для синтеза множества коротких последовательностей одноцепочечной ДНК (оцДНК). Несмотря на то что ретроны содержались во многих бактериях, их функция и роль в клетке до сих пор были неясны. В 2020 году ученые впервые описали особенности бактерий, которые содержат ретроны. Они сообщили, что патогенная бактерия рода Salmonella не может расти при низкой температуре, если не синтезирует оцДНК. Также было показано, что бактерии, не синтезирующие оцДНК, были чувствительны к низкой концентрации кислорода в среде.

При дальнейшем изучении ретронов исследователи поняли, что они во многом похожи на другие системы токсин/антитоксин, которые содержатся в бактериальных клетках. В геномах бактерий могут содержаться сотни таких систем. Они состоят из гена токсина, который нарушает рост микроорганизма, и гена противоядия (антитоксина), который нейтрализует действие токсина. Если каким-то образом нарушить синтез антитоксина, то бактерия погибает. Это помогает им защищаться от фагов. Ученые сделали вывод о том, что ретроны, а именно оцДНК, являются новым классом антитоксинов. Используя методы генетики, протеомики и биоинформатики, биологи описали механизм, по которому вирусные белки могут активировать и блокировать систему ретронов.