Ученые обнаружили, как обычный вирус в кишечнике человека заражает бактериальные клетки и захватывает их - открытие, которое можно использовать для контроля состава кишечного микробиома, важного для здоровья человека.
Соавторское исследование Рутгерса, которое может помочь в разработке полезных бактерий, производящих лекарства и топливо, а также очищающих от загрязняющих веществ, опубликовано в журнале Nature.
"CrAssphages являются наиболее распространенными вирусами, поражающими бактерии в кишечнике человека. Таким образом, они, вероятно, контролируют наше кишечное сообщество микробов (микробиом)», - сказал соавтор Константин Северинов, главный исследователь Института микробиологии Ваксмана и профессор молекулярной биологии и биохимии в Школе искусств и наук Рутгерского университета. Университет Нью-Брансуика. «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 болезнь."
Ученые обнаружили, что crAssphages используют свой собственный фермент (РНК-полимеразу) для создания РНК-копий своих генов. РНК имеет генетическую информацию для производства белков. Все клетки, от бактериальных до человеческих, используют такие ферменты для создания РНК-копий своих генов. По словам Северинова, эти ферменты очень похожи во всех живых организмах, а это означает, что они древние и имеют общее происхождение.
Когда команда раскрыла атомную структуру фермента crAssphage, они были удивлены, узнав, что он отличается от других РНК-полимераз, но очень похож на фермент человека и других высших организмов, который участвует в РНК-интерференции. Такое вмешательство подавляет функцию некоторых генов и может привести к определенным заболеваниям.
«Это поразительный результат. Он предполагает, что ферменты РНК-интерференции, процесс, который, как считалось, происходит только в клетках высших организмов, были «позаимствованы» у предкового бактериального вируса на ранней стадии эволюции», - сказал Северинов.. «Результат дает представление о том, как эволюционировали клетки высших организмов путем смешивания и сопоставления компонентов более простых клеток и даже их вирусов».
«Помимо глубокого понимания эволюции, фаговые (вирусные) ферменты, такие как РНК-полимераза crAssphage, могут быть использованы в синтетической биологии для создания генетических схем, не существующих в природе», - сказал он..
Синтетическая биология включает в себя переделку организмов, чтобы они могли, например, производить лекарства, питательные вещества или топливо, ощущать что-то в окружающей среде или очищать загрязняющие вещества, согласно данным Национального исследовательского института генома человека.
«Сейчас мы пытаемся сопоставить тысячи различных вирусов crAssphage в нашем кишечнике с бактериями-хозяевами, которых они заражают», - сказал Северинов. «Используя только «правильный» бактериальный вирус, мы сможем избавиться от бактерий, которые он заражает, что позволит нам целенаправленно изменить состав кишечного микробиома».
Леонид Минахин из Института микробиологии Ваксмана внес свой вклад в исследование вместе с учеными из многих других учреждений.