Американские микробиологи выяснили, что некоторым вирусам далеко не все равно, как и чем питается их хозяин. И если, по их мнению, он недополучает нужных ему веществ, то они стараются помочь ему поддерживать нормальный рацион. Хотя бы тем, что заставляют его синтезировать вещества, необходимые для добычи нужных для его жизни пищевых элементов.
Недавно ученые из Массачусетского технологического института (США) обнаружили, что некоторые вирусы-бактериофаги заботятся о питании своих хозяев. Дело в том, что эти паразиты могут приносить заражаемым ими бактериям гены, которые должны облегчать им жизнь в условиях стресса. А если конкретнее, то с помощью этих генов жертвы могут синтезировать белки, участвующие в захвате фосфора.
Микробиологи исследовали бактерии из родов Prochlorococcus и Synechococcus, которые обитают в океанической воде. Следует заметить, что данные микроорганизмы, принадлежащие к группе цианобактерий, способны к фотосинтезу, побочным продуктом которого, как мы помним, является кислород. По подсчетам экологов, представители этих родов производят шестую часть кислорода на планете.
Неудивительно, что данные микроорганизмы весьма распространены в морской воде. И хотя увидеть их несколько затруднительно (бактерии рода Prochlorococcus, например, не превышают одного микрона в диаметре), однако это не знчиит, что во взятой вами пробе воды их нет. Согласно исследованиям, их плотность достигает 100 миллионов клеток на литр воды. А вот Synechococcus чуть крупнее своих "коллег", и именно поэтому они не столь многочисленны.
Как и любым организмам, этим бактериям жизненно необходим такой элемент, как фосфор. Хотя бы потому, что он входит в состав таких важных веществ, как ДНК и РНК, отвечающих за хранение и реализацию наследственной информации, и АТФ (аденозин-3-фосфорной кислоты), которая является основным источником энергии для всех внутриклеточных реакций. Но вот беда — в океане с фосфором плохо. Он поступает туда лишь в составе потоков, устремляющихся с побережий. Да и тогда до этого важного элемента весьма непросто добраться — его достаточно быстро "перехватывают" обитатели приливно-отливной зоны.
Поэтому-то у большинства морских бактерий есть специальная генетическая система, которая запускается при дефиците фосфора. Проще говоря, микроорганизм чувствует, что фосфора начинает не хватать, и моментально активизирует гены, которые кодируют связывающие фосфор белки. Эти дополнительные вещества и позволяют бактериям "наловить" больше фосфора и в результате успешно пережить периоды, когда его мало. Интересно, что бактерии из рода Prochlorococcus и Synechococcus также обладают подобными механизмами для "выхода из фосфорного кризиса", хотя он есть далеко не во всех клетках.
Так вот, недавно ученые выяснили, что такими же последовательностями генов обладают и бактериофаги, паразитирующие на данных микроорганизмах. И это неудивительно — размножение вируса требует изрядных фосфорных запасов для многократного воспроизведения его собственной ДНК. Но дело в том, что, как было сказано выше, далеко не у всех бактерий есть подобная система. Наблюдая за процессом заражения, исследователи заметили, что, когда бактериофаг заражает бактерию в условиях недостатка фосфора, в вирусном геноме включаются гены белков, отвечающих за "ловлю" фосфорных соединений.
Кроме того, выяснилось, что вирусные белки для ловли фосфора управляются теми же генами, что и бактериальные. В результате получается такая картина — когда бактерия чувствует фосфорный стресс, она включает как свою, так и вирусную систему по добыче дополнительного фосфора. И, конечно же, без всякого сомнения, основная его масса пойдет на нужды вируса. Но, впрочем, и самой бактерии может что-то перепасть от усилившегося фосфорного потока, — правда ненадолго.
Дело в том, что через 10 часов после проникновения бактериофага в клетку, цикл размножения вируса закончится, и бактерию в буквальном смысле этого слова просто разорвет под напором выходящих наружу вирусных частиц. Хотя, пока этого не произошло, некоторые микроорганизмы даже успеют поделиться, то есть оставить потомство. Или обменяться полезной генетической информацией с коллегами посредством плазмид.
Интересно, что далеко не все бактериофаги, паразитирующие на Prochlorococcus и Synechococcus, обладают генами, позволяющими удвоить добычу фосфора. По наблюдениям исследователей, это характерно только для тех вирусов, что атакуют атлантические популяции бактерий. В то же время, поскольку тихоокеанские Prochlorococcus и Synechococcus не сталкиваются с недостатком фосфора, их бактериофаги не имеют аналогичных генетических систем. Получается, что только атлантические вирусы когда-то давно сумели скопировать гены хозяев, создавших себе молекулярный механизм на случай фосфорного голодания. От этого им вышла большая эволюционная выгода — в результате данные вирусы могут размножаться, не обращая внимания на изменения в среде, так как удвоенный поток фосфора позволяет им синтезировать столько ДНК, сколько нужно.
Исследователи в статье, опубликованной в журнале Current Biology, отмечают, что им впервые приходится наблюдать столь тонкое приспособление вируса под нужды хозяина. Хотя, возможно, у бактериофагов подобных систем великое множество. Просто их сложно обнаружить из-за того, что большая часть работ ведется на штаммах, живущих в лабораториях, которые могли давно утратить "наследство" своих диких предков…
