Nature: бактерии ведут собственную эволюционную гонку вооружений с вирусами

Наборы защитных генов у бактерий Xanthomonas oryzae, вызывающих бактериальный ожог листьев риса, зависят от географического положения. К такому выводу пришла группа микробиологов Чжэцзянского университета в Ханчжоу совместно с коллегами из Китая, Швейцарии и Сингапура по итогам исследования, опубликованного в журнале Nature Communications.

Как отмечается в работе, возбудитель одной из самых вредоносных болезней риса обороняется от вирусов-фагов с помощью систем защиты, напоминающих врожденный иммунитет животных. В среднем у этого вида насчитывается около 20 таких систем на геном, что заметно превышает показатели кишечной палочки, у которой их от пяти до семи.

В ходе исследования авторы сопоставили 206 геномов возбудителя со всего мира, провели лабораторную проверку 1800 сочетаний «бактерия — фаг» (используя 50 штаммов против 36 вирусов), а также пересадили 24 защитные системы по отдельности в штамм, лишенный защиты. Эксперименты показали, что вирусы часто оказывались неспособны заразить бактерию даже после прикрепления к ее поверхности: проникновение блокировала внутренняя защита.

Полученные данные свидетельствуют о том, что общий арсенал вида разделен по регионам. Ядро, состоящее из девяти систем, присутствует практически у всех бактерий, в то время как 35 более редких распределены локально и различаются даже между соседними провинциями Китая. Аналогичным образом адаптированы и фаги: их шансы заразить бактерии из родных мест в 2,3 раза выше по сравнению с чужими штаммами. При этом общее число систем в геноме не определяло широту устойчивости — ключевое значение имеют их состав и совместимость. Как показали эксперименты с пересадкой, редкие системы действуют мощнее распространенных, поскольку против привычной защиты вирусы уже выработали механизмы обхода, тогда как редкая застает их врасплох.

Авторы подчеркивают, что эти выводы имеют важное значение для сельского хозяйства, где фаги тестируются в качестве биологических пестицидов против бактериального ожога. Коктейль вирусов, подобранный под конкретную лабораторную линию, может оказаться неэффективным в полевых условиях против местных штаммов, обладающих иной защитой, поэтому такие средства потребуют региональной адаптации и регулярного обновления в ходе эволюционного противостояния бактерий и вирусов.