Кишечные бактериофаги двигают эволюцию человека и бактерий

Бактериофаги, специализирующиеся на желудочно-кишечной микрофлоре, сами вносят в свой геном мутации, тем самым подталкивая к развитию бактерии, которые вынуждены защищаться от фагов, и человека, в котором живут и бактерии, и вирусы.

Все знают о том, какую важную роль играет желудочно-кишечная микрофлора: её влияние распространяется чуть ли не до центральной нервной системы. Человек и микробы-симбионты веками приспосабливались друг к другу. Но взаимоотношения человека и его бактерий тут лишь часть головоломки. Исследователи из Университета Пенсильвании (США) обратили внимание ещё на одного игрока в этой эволюционной гонке — вирусы-бактериофаги.

Бактериофаги поражают бактерии, в том числе желудочно-кишечные, и таким образом опосредованно влияют на нас. Учёные предприняли попытку составить каталог вирусов, которые специализируются на наших кишечных микросимбионтах. Они собрали образцы ДНК у 12 человек и прочитали в общей сумме около 48 млрд генетических букв. Из них авторы работы собрали по частям вирусные геномы. Как и ожидалось, подавляющее большинство вирусов относилось к бактериофагам. Но вирусы — чрезвычайно вариабельные организмы, и следующим шагом учёные попробовали выяснить, какая часть генома вирусов изменяется сильнее всего. Были выделены около 50 гипервариабельных фрагментов генома, и каждый, как оказалось, в той или иной степени имел отношение к обратной транскриптазе. Этот фермент, синтезирующий ДНК по шаблону РНК, обычно встречается у ретровирусов, которые хранят свой геном в виде РНК (к примеру, как ВИЧ).

По мнению учёных, сверхвысокая вариативность гена обратной транскриптазы связана с необходимостью быстро приспосабливаться к условиям среды. Фагу, который специализируется на кишечных бактериях, нужно не только поймать бактерию, но ещё и ускользнуть от защитных систем их общего хозяина. С помощью обратной транскриптазы, как полагают исследователи, вирус постоянно вносит в свой геном изменения, производя вирусные частицы с огромным разнообразием. То есть кишечные бактериофаги сами себя обеспечивают мутациями — сырьём для эволюции. Что заставляет бактерии искать новые способы защиты от паразита. И всё это сказывается на взаимоотношениях эволюции с человеческим организмом: ведь противовирусные изменения нужно провести так, чтобы не нарваться на конфликт с иммунной системой хозяина.

То есть можно сказать, что бактериофаги, паразитирующие на кишечных бактериях, служат одним из важных эволюционных факторов, в том числе для человека. Осталось только понять, в каком направлении мы благодаря им изменяемся.

Результаты исследования опубликованы в журнале PNAS.

Бактериофаги, специализирующиеся на желудочно-кишечной микрофлоре, сами вносят в свой геном мутации, тем самым подталкивая к развитию бактерии, которые вынуждены защищаться от фагов, и человека, в котором живут и бактерии, и вирусы.

Все знают о том, какую важную роль играет желудочно-кишечная микрофлора: её влияние распространяется чуть ли не до центральной нервной системы. Человек и микробы-симбионты веками приспосабливались друг к другу. Но взаимоотношения человека и его бактерий тут лишь часть головоломки. Исследователи из Университета Пенсильвании (США) обратили внимание ещё на одного игрока в этой эволюционной гонке — вирусы-бактериофаги.

Бактериофаги поражают бактерии, в том числе желудочно-кишечные, и таким образом опосредованно влияют на нас. Учёные предприняли попытку составить каталог вирусов, которые специализируются на наших кишечных микросимбионтах. Они собрали образцы ДНК у 12 человек и прочитали в общей сумме около 48 млрд генетических букв. Из них авторы работы собрали по частям вирусные геномы. Как и ожидалось, подавляющее большинство вирусов относилось к бактериофагам. Но вирусы — чрезвычайно вариабельные организмы, и следующим шагом учёные попробовали выяснить, какая часть генома вирусов изменяется сильнее всего. Были выделены около 50 гипервариабельных фрагментов генома, и каждый, как оказалось, в той или иной степени имел отношение к обратной транскриптазе. Этот фермент, синтезирующий ДНК по шаблону РНК, обычно встречается у ретровирусов, которые хранят свой геном в виде РНК (к примеру, как ВИЧ).

По мнению учёных, сверхвысокая вариативность гена обратной транскриптазы связана с необходимостью быстро приспосабливаться к условиям среды. Фагу, который специализируется на кишечных бактериях, нужно не только поймать бактерию, но ещё и ускользнуть от защитных систем их общего хозяина. С помощью обратной транскриптазы, как полагают исследователи, вирус постоянно вносит в свой геном изменения, производя вирусные частицы с огромным разнообразием. То есть кишечные бактериофаги сами себя обеспечивают мутациями — сырьём для эволюции. Что заставляет бактерии искать новые способы защиты от паразита. И всё это сказывается на взаимоотношениях эволюции с человеческим организмом: ведь противовирусные изменения нужно провести так, чтобы не нарваться на конфликт с иммунной системой хозяина.

То есть можно сказать, что бактериофаги, паразитирующие на кишечных бактериях, служат одним из важных эволюционных факторов, в том числе для человека. Осталось только понять, в каком направлении мы благодаря им изменяемся.

Результаты исследования опубликованы в журнале PNAS.