Этот вирус непобедим. Канадский биолог Джозеф Бонди-Деноми из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (США) искал вирусы, которые сложно убить, но не ожидал найти такой, который убить почти что невозможно. Хорошо, что он не заражает людей. Он бактериофаг – заражает и убивает бактерий, прежде всего синегнойных палочек (Pseudomonas aeruginosa). Его зовут φKZ – «фи-каппа-дзета». И он удивительным образом защищен от бактериальных противовирусных сил, известных как CRISPR-Cas (далее просто CRISPR).

Эта система бактериального иммунитета способна узнавать последовательности ДНК фагов и, если это происходит, насылает на них ферменты-ножницы, которые режут их и обезвреживают. Фаги эволюционируют, учатся противостоять этим «ножницам», а бактерии со своей стороны совершенствуют CRISPR – гонка вооружений, которая происходит за счет мутаций и работы естественного отбора. В 2012 году, еще в канадской лаборатории, Бонди-Деноми открыл гены анти-CRISPR, чьими белками фаги склеивают и инактивируют «ножницы» CRISPR – эффективный способ преодолеть защиту бактерии, если нападать на нее целыми отрядами фагов-самоубийц. Заинтригованный открытием, Бонди-Деноми вместе с коллегами по калифорнийской лаборатории стал искать других фагов, способных противостоять CRISPR.

Таковым оказался φKZ, крупнячок среди вирусов. Его устойчивость к CRISPR синегнойной палочки, впрочем, не удивила ученых. Куда более неожиданной оказалась устойчивость вообще к любым вариантам системы CRISPR, опробованным на данном фаге, включая те, что взяты у бактерий, с которыми φKZ не встречается в природе. Но ни один белок анти-CRISPR не работает столь универсальным образом! «Бессмыслица какая-то!» – всплеснул руками Бонди-Деноми и призадумался.

Так и сидел задумчиво до 2017 года, пока к нему в лабораторию не зашел профессор биохимии и биофизики Дэвид Агард, работающий в том же здании. Увидев заросшего Джозефа, он ткнул в него пальцем и сказал: эй, пойдем, фаг покажу. Агард с коллегами открыли у бактериофага 201φ2-1 доселе невиданную и нехарактерную для вирусов штуку: внутри зараженной бактерии (Pseudomonas chlororaphis) ДНК фага заключена в белковую оболочку! У животных, растений, грибов и других эукариот ДНК содержится в особом компартменте – ядре. У бактерий компартментализация встречается лишь в исключительных случаях. У вирусов ее не предполагается в принципе, тем более чтобы компартмент был столь похож функционально на эукариотическое ядро. И тем не менее вон оно – псевдоядро!

Узнав о фаге, чья ДНК окружена оболочкой, Бонди-Деноми рассказал Агарду о фаге, устойчивому к любому CRISPR. И тут двоих осенило: что, если открытые ими феномены связаны друг с другом? Что, если «ножницы» CRISPR попросту не могут добраться до ДНК φKZ, потому что она прячется от них в «домике» внутри синегнойной палочки?

Элиза Нивегловска, студентка под началом Бонди-Деноми, смогла доказать, что фаг φKZ действительно строит белковую оболочку внутри бактерии и «ножницы» CRISPR не могут ее преодолеть. Тем временем аспирант Сенен Мендоза показал, что если вытащить ДНК из «домика», то CRISPR ее кромсает без вопросов. Кроме того, Мендозе удалось контрабандой протащить «ножницы» внутрь псевдоядра φKZ, прицепив их к белкам, которые проходят туда легально, – и ДНК фага была уничтожена. Похоже, оболочка и правда служит для защиты вируса от CRISPR.

Почему же не все фаги додумались до такой защиты? Может быть, при всех преимуществах есть у нее и какие-то слабые стороны? Стоит выяснить это, прежде чем начинать использовать ее против сверхустойчивых к антибиотикам бактерий. Помимо фаготерапии, открытие новых способов противодействия CRISPR, как и новых вариантов CRISPR, может пригодиться для совершенствования технологий редактирования генов на основе CRISPR. А еще псевдоядра фагов подбрасывают полешки в жаркие дискуссии о происхождении эукариотического ядра: быть может, оно возникло для защиты ДНК клетки от вирусов?

Пока что Джозеф Бонди-Деноми не может ответить на эти вопросы – сейчас его научная группа активно изучает загадочную оболочку φKZ. Она невероятно избирательна в отношении белков: пропускает только те, что нужны фагу для копирования ДНК и регуляции генов. «Неясненько, как она работает, но мы уже в нее по уши втюрились», – говорит ученый. И призадумывается.

Текст: Виктор Ковылин. Научная статья: Nature (Mendoza et al., 2019)

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если вам понравилось его читать и вы хотите поделиться информацией с друзьями и подписчиками, можно использовать фрагмент и поставить активную ссылку на эту статью – мы будем только рады. С уважением, Батрахоспермум.

Вас также могут заинтересовать статьи:

Отряд фагов-самоубийц одолевает CRISPR

Коммуникация на грани живого: вирусы подслушивают бактерий

Описана первая архея из Асгарда. У нее есть щупальца