Бактериофаги (или фаги) - это вирусы, которые заражают бактерии и паразитируют на них. Эти фаги могут переносить ДНК от одной бактерии к другой посредством процесса, известного как генетическая трансдукция. Считается, что это является основным средством, с помощью которого бактерии развиваются и приобретают факторы устойчивости к антибиотикам и вирулентности, которые ускоряют появление новых и все более патогенных штаммов. До сих пор были известны два механизма генетической трансдукции: генерализованная и специализированная трансдукция. На протяжении более 60 лет, с момента их открытия американским ученым и лауреатом Нобелевской премии Джошуа Ледербергом, эти два механизма оставались единственными механизмами генетической трансдукции.
В статье, опубликованной онлайн в журнале Science 12 октября 2018 года, исследовательские группы во главе с NUS Medicine и Университетом Глазго сообщают об открытии третьего способа трансдукции. Названный латеральной трансдукцией, этот новый способ, по-видимому, является самым мощным из когда-либо обнаруженных способов трансдукции, способным передавать большие участки бактериальных хромосом (несколько сотен тысяч пар оснований) между бактериями с чрезвычайно высокой частотой..
Когда фаг инфицирует бактериальную клетку, он обычно размножается одним из двух способов: 1) литический цикл, при котором фаг размножается и лизирует клетку, что приводит к высвобождению новых фаговых частиц; или 2) лизогенный цикл, в котором ДНК фага включается в геном хозяина и реплицируется вместе с геномом хозяина. В (2) определенные стимулы могут спровоцировать ДНК фага, чтобы вырезать себя из генома хозяина (эксцизия), собраться с белками в новые фаговые частицы (упаковка), пройти созревание и лизировать клетки-хозяева. Высвобожденные фаги из (1) и (2) затем могут инфицировать другие бактерии и переносить их ДНК, включая ДНК из клетки-хозяина.
Напротив, исследователи под руководством доцента Джона Чена из NUS Medicine обнаружили, что латеральная трансдукция происходит, когда фаги откладывают удаление до конца своего жизненного цикла. Вместо этого фаги инициируют репликацию ДНК, пока они еще являются частью генома хозяина, что приводит к множественным интегрированным фаговым геномам. Упаковка ДНК может затем инициироваться в некоторых геномах, что приводит к упаковке и переносу хромосомной ДНК в другие бактерии, в то время как геномы других фагов удаляются и приводят к нормальному созреванию фага.
По словам доцента Чена, «латеральная трансдукция выводит концепцию мобильных генетических элементов далеко за рамки определенных элементов ДНК, превращая участки генома в гипермобильные платформы, которые способны передавать любой генетический элемент в пределах своих границ в любой момент времени. невероятно высокие частоты."
Открытие этого высокоэффективного способа переноса генов может помочь объяснить быструю эволюцию бактерий, происходящую, например, при развитии штаммов с множественной лекарственной устойчивостью.
Помещая открытие в контекст, доцент Чен заметил, что «фаги, безусловно, являются самыми распространенными биологическими существами на планете, и важность генетической трансдукции как одной из основных движущих сил микробной эволюции никогда не была более очевидной». чем с открытием латеральной трансдукции».