«Щит» бактерий против атаки вирусов

О-антиген – это ключевой компонент, обеспечивающий взаимодействие между бактериями и иммунной системой организма или фагами. Как О-антиген защищает клетки от атаки вирусами бактерий? Каковы принципы работы «щита» бактерий в виде О-антигена? Как бактериофаги могут преодолевать барьер О-антигена? Ответы на эти и другие важные вопросы представлены в обзорной статье, подготовленной Андреем Летаровым, д.б.н., заведующим лабораторией вирусов микроорганизмов ФИЦ Биотехнологии РАН. Эта работа не только дает анализ современного состояния проблемы, но и подводит итог более, чем 15-летней работе лаборатории по данной тематике. Научная статья опубликована в журнале International Journal of Molecular Science.

О-антигены – это полисахаридная структура, присутствующая на внешнем листке поверхности мембраны большинства грамотрицательных бактерий, например, у многих штаммов кишечной палочки (E. coli). В каком-то смысле эта структура напоминает растущую на поверхности бактерии шерсть, но состоящую не из белка кератина (как волосы животных), а из полисахаридных цепочек. Более того, структура О-антигенов сильно варьируется от штамма к штамму. Так, например, в пределах вида E. coli насчитывается порядка 200 различных О-серотипов.

Научный обзор, подготовленный Андреем Летаровым, д.б.н., заведующим лабораторией вирусов микроорганизмов ФИЦ Биотехнологии РАН, представляет анализ многолетних исследований и обобщает совокупность доказательств, показывающих, что у большинства видов E.coli слой О-антигена настолько плотный, что он эффективно защищает клетки от атаки вирусами бактерий – бактериофагами.

Можно сказать, что О-антигены полностью «экранируют» клетки, предотвращая доступ фагов к их поверхности. Этот «щит» не только блокирует вирулентные фаги, но и ограничивает приобретение профагов.

Защищенные таким образом клетки могут спокойно расти в окружении большого числа потенциально смертельных для нее вирусов, не обращая на них внимания. Однако, бактериофаги, в свою очередь, приобрели специальные молекулярные приспособления, позволяющие им преодолевать барьер О-антигена и заражать защищенные клетки.

При этом имеющиеся у отдельного фага «ключи» подходят для одних типов О-антигена и бессильны против иных. Одной из вероятных причин природной вариабельности О-антигенов, по мнению ученых, является именно непрекращающаяся борьба с фаговой инфекцией. Хотя само по себе явление защиты клетки О-антигеном было описано еще в 1986 году, до недавнего времени оно практически игнорировалось большинством исследователей, поскольку лабораторные штаммы E. coli, на которых выполнялись многие исследования бактериофагов, из-за мутаций потеряли способность к синтезу О-антигена, можно сказать «облысели».

Работы ученых ФИЦ Биотехнологии РАН доказали, что в природных условиях явление защиты клеток О-антигеном широко распространено и имеет большую экологическую значимость. В виду неспецифического характера этой защиты, она скорее всего работает не только у E. coli, но и у многих других бактерий, способных к синтезу достаточно длинных О-полисахаридов.

Кроме этого, исследователями были расшифрованы механизмы, с помощью которых некоторые фаги проникают через защитный барьер О-антигена.

«Сопоставляя наши данные и результаты других исследователей, мы пришли к выводу, что в подавляющем большинстве случаев вирусы бактерий используют механическую силу, чтобы в прямом смысле слова пробиться через слой О-антигена. Именно поэтому мы употребили в названии статьи слово «форсирование» по аналогии с военным термином. Механизм создания механического усилия может быть очень разным, от молекулярных моторов, использующих ферментативные реакции, до разнообразных перестроек самой вирусной частицы в момент инфицирования клетки» – рассказывает автор работы, Андрей Летаров.