Полезные манипуляции с кишечными бактериями могут быть результатом использования КрАссфагов

Манипуляции с микробиомом кишечника могут быть результатом обнаружения вируса CrAssphages

Исследования крассфагов могли бы помочь усилиям по созданию полезных бактерий

Ученые обнаружили, как обычный вирус (под названием "крассфаг") в кишечнике человека заражает и захватывает бактериальные клетки - открытие, которое может быть использовано для контроля состава микробиома кишечника, что важно для здоровья человека.

Исследование, проведенное Ратгерским университетом в соавторстве, которое могло бы помочь усилиям по созданию полезных бактерий, производящих лекарства и топливо, а также очищающих загрязняющие вещества, опубликовано в журнале Nature.

- Крассфаги (CrAssphages) - самые распространенные вирусы, заражающие бактерии в кишечнике человека. Таким образом, они, вероятно, контролируют наше кишечное сообщество микробов (микробиом)», - сказал соавтор Константин Северинов, ведущий научный сотрудник Института микробиологии им. Ваксмана и профессор молекулярной биологии и биохимии в школе искусств и наук Университета Ратгерса в Нью-Брансуике. «Понимание того, как эти крошечные вирусы заражают бактерии, может позволить ученым контролировать и манипулировать составом микробиома, либо увеличивая долю полезных бактерий в нашем кишечнике, либо уменьшая количество вредных бактерий, тем самым укрепляя здоровье и борясь с болезнями».

Ученые обнаружили, что крассфаги используют свой собственный фермент (РНК-полимеразу) для создания РНК-копий своих генов. РНК обладает генетической информацией для производства белков. Все клетки, от бактериальных до человеческих используют, такие ферменты для создания РНК-копий своих генов. И эти ферменты очень похожи во всем живом веществе, подразумевая, что они древние и связаны общим происхождением, сказал Северинов.

Когда ученые обнаружили атомную структуру фермента крассфага, они были удивлены, узнав, что он отличается от других РНК-полимераз, но очень напоминает фермент у человека и других высших организмов, который участвует в РНК-интерференции. Такое вмешательство глушит работу некоторых генов и может привести к определенным заболеваниям.

- Это поразительный результат. Это говорит о том, что ферменты РНК-интерференции, процесса, который, как считалось, происходит только в клетках высших организмов, были «заимствованы» из предкового бактериального вируса на ранней стадии эволюции», - сказал Северинов. «Результат дает представление о том, как клетки высших организмов эволюционировали, смешивая и сопоставляя компоненты более простых клеток и даже их вирусов».

«В дополнение к глубоким эволюционным открытиям, фаговые (вирусные) ферменты, такие как РНК-полимераза крассфага, могут быть использованы в синтетической биологии для генерации генетических цепей, которые не существуют в природе», - сказал он.

Синтетическая биология предполагает переработку организмов таким образом, чтобы они могли, например, производить лекарства, питательные вещества или топливо, чувствовать что-то в окружающей среде или очищать загрязнители, согласно данным Национального исследовательского института генома человека (National Human Genome Research Institute).

«Сейчас мы пытаемся сопоставить тысячи различных вирусов крассфага в нашем кишечнике с бактериальными хозяевами, которых они заражают», - сказал Северинов «Используя только «правильный» бактериальный вирус, мы сможем избавиться от бактерий, которые он заражает, что позволит нам целенаправленно изменять состав микробиома кишечника».

Источник: Материалы предоставлены Rutgers University. 

Статья в журнале: Konstantin V. Severinov, et al. Structure and function of virion RNA polymerase of a crAss-like phage. Nature, 2020

История открытия КрАссфага

Электронная микрофотография вирионов crAss-подобных фагов

В ходе многочисленных исследований, проведенных в Университете Сан-Диего в Калифорнии, ученые под руководством профессора Роберта Эдвардса, исследуя содержимое человеческого кишечника, в 2014 году обнаружили новый вирус.

В ходе тщательного изучения данных о расшифровке генетического материала микрофлоры кишечника, был обнаружен новый кластер ДНК. Он состоял из 97 000 пар оснований, при этом присутствовал во всех представленных к исследованию образцах. В существующей базе данных соответствующего кластера не было, хотя по мнению ученых он должен был относиться к одному из популярных вирусов.

Тщательно изучив данное открытие ученые обнаружили, что этот вирус является бактериофагом. Основной неожиданностью стало то, что этот бактериофаг уже давно и достаточно широко распространен в кишечнике человека. Причем, он встречается в 6 раз чаще по сравнению с остальными бактериофагами. Тщательное изучение метагеномов людей, ученые обнаружили, что этот бактериофаг есть практически во всех генетических материалах. На основании данных по проведенным исследованиям, можно выдвинуть предположение, что вирус этот далеко не новый, а появился в одно время с человечеством.

Свое название «крассфаг» этот бактериофаг получил в честь программы при помощи которой его выявили - cross-assembly software program. Столь позднее обнаружение такого распространенного бактериофага ученые объясняют тем, что кодируемые его геном белки уже давно известны и изучены.

Во время открытия было предсказано, что вирус заразит бактерии типа Bacteroidetes, которые распространены в кишечном тракте многих животных, включая человека. С тех пор бактериофаг был выделен in vitro и подтверждено заражение Bacteroides intestinalis.

См. дополнительно:

• Обнаружен вирус, который охотится на бактероидов (Bacterioides)
• Пищевые соединения могут вызывать образование полезных фагов
• Фаготерапия в области гастроэнтерологии
• Бактериофаги могут быть причастны к задержке роста у детей
• Бактериофаги против бактерий
• Бактериофаги (из раздела "Основы микробиологии. Микроорганизмы")