Ученые выяснили, что вирусы шпионят друг за другом с помощью химических сигналов
Группа исследователей из Университета Эксетера обнаружила, что вирусы способны не только обмениваться химическими сигналами, но и перехватывать сообщения друг друга, используя эту информацию для корректировки собственного поведения. Результаты этого исследования, опубликованные 31 марта в научном журнале Cell, меняют представление о вирусной коммуникации, которая ранее считалась исключительно внутривидовой.
В центре внимания ученых оказались бактериофаги — вирусы, заражающие бактериальные клетки. Попадая в клетку-хозяина, каждый фаг сталкивается с фундаментальным выбором: немедленно убить клетку, размножиться и высвободить новые вирусные частицы (так называемый литический цикл), или же встроиться в геном хозяина и перейти в состояние покоя (лизогенный цикл), чтобы дождаться более благоприятных условий. Этот выбор напрямую зависит от количества доступных здоровых бактерий: когда хозяев много, вирусы предпочитают активно размножаться и убивать, а когда здоровые клетки становятся редкими — переходят в спящий режим.
Как поясняет Ребекка Вудэмс, аспирантка Центра экологии и сохранения природы кампуса Пенрин Университета Эксетера, решение о том, убивать клетку или оставаться в состоянии покоя, зависит от конкретной ситуации. При обилии бактерий фагу выгоднее выбрать литический цикл и атаковать потенциальных хозяев, но когда большинство хозяев уже уничтожено и их осталось мало, гораздо безопаснее затаиться и переждать в состоянии лизогении.
Ранее было известно, что для принятия этого решения фаги используют особую пептидную систему коммуникации, получившую название «система Arbitrium». Однако новое исследование показало, что химические сигналы, выделяемые вирусами, не ограничиваются общением между представителями одного вида. Ученые выдвинули гипотезу о том, что такой механизм может создавать риск поведенческой манипуляции по отношению к другим фагам, присутствующим в окружающей среде.
Чтобы проверить это предположение, исследователи отобрали фагов и бактерий, обычно встречающихся в почве, и проанализировали их химические и инфекционные взаимодействия. Они обнаружили, что высокая концентрация сигнальных пептидов, производимых фагами, указывает на истощение популяции клеток-хозяев, тогда как низкая концентрация сигнализирует об их изобилии.
Вопреки ожиданиям, выяснилось, что другие виды фагов, иногда весьма далекие от источника сигнала, способны перехватывать эти химические сообщения. Однако вместо того чтобы извлечь выгоду из этой информации, перехватчики, как правило, вводятся в заблуждение. Когда фаг детектирует химические сигналы, исходящие от другого вида, он с большей вероятностью остается в спящем состоянии и воздерживается от заражения доступных клеток-хозяев, даже если сигнал изначально не был адресован ему. Иными словами, попытка вирусов-перехватчиков шпионить за вирусами-отправителями оборачивается против них самих.
По словам ведущего автора исследования Робин Мэнли, такая ситуация может быть выгодна вирусу, который испустил сигнал, поскольку это мешает другому вирусу убивать клетки. Однако эта выгода оборачивается ущербом для того вируса, который реагирует на чужой сигнал. Таким образом, вирусная коммуникация — это не только сотрудничество, но и манипуляция. Исследователи полагают, что именно эта антагонистическая коэволюция может объяснять быстрое диверсификацию систем Arbitrium и высокую частоту горизонтального переноса генов между вирусами. Полученные результаты имеют потенциальное значение и для медицины, поскольку они углубляют понимание того, как микроорганизмы взаимодействуют друг с другом.