Вирусы способны "говорить" друг с другом

Биологи нашли свидетельства того, что вирусы обладают некой формой коллективного разума и умеют распознавать "метки", которые оставляют в клетках их конкуренты и родичи, и руководствоваться ими при принятии решений. 

"Эти бктериофаги (вирусы, поражающие бактерий), содержат в себе две программы поведения. Одна заставляет клетку производить огромное количество своих копий и запускает в ней программу самоуничтожения, а при включении второй он интегрируется в ее ДНК и уходит в "глубокое подполье" с возможностью возрождения в будущем", — объясняет Нонья Париенте (Nonia Pariente), молекулярный биолог и редактор журнала Nature Microbiology.

Солдаты вечной войны

Болезни и инфекции не являются чем-то, чем страдает только человек и другие многоклеточные существа – между бактериями и вирусами уже несколько сотен миллионов лет идет беспрерывная война на выживание. Следы этой войны можно встретить повсеместно – в каждом миллилитре морской воды содержится до миллиарда "боевых вирусов"-бактериофагов, и примерно 70% морских микроорганизмов заражены ими.

За миллиарды лет эволюции вирусы научились обходить внимание защитных систем микробов, а последние – разработали своеобразный генетический "антивирус", систему CRISPR-Cas9, которая находит следы вирусной ДНК в геноме микроба и заставляет его совершить суицид для защиты соседних бактерий. Вирусы ответили на эти меры "эволюционной обороны", создав анти-антивирус, подавляющий CRISPR-Cas9, и биологическая гонка вооружений продолжилась.

Ротем Сорек (Rotem Sorek) из Института науки Вейцманна в Реховоте (Израиль) и его коллеги нашли еще один крайне интересный пример "оружия", изобретенного вирусами, изучая то, как работает бактериофаг phi3T, заражающий обычных бацилл (Bacillus subtilis).

Изначально ученые пытались понять совсем другую вещь – то, как микробы оповещают друг друга о присутствии вируса и готовятся к отражению его атаки. Как считали ученые, зараженные бактерии выделяют в окружающую среду специальные сигнальные молекулы, которые сигнализируют другим микробам в их колонии об опасности.

Для проверки этой Сорек и его коллеги вырастили колонию бацилл, заразили их phi3T, после чего отфильтровали жидкость, которую выделяли микробы во время заражения колонии. Часть этого раствора биологи добавили в новую колонию бактерий, предполагая, что те сигнальные молекулы, которые их погибшие товарки выделяли в питательную среду, подготовят их к новой атаке вирусов и защитят от заражения. Реальность оказалась совершенно иной.

Тайные сигналы

Выяснилось, что короткие белковые молекулы arbitrium, которые биологи выделили из этого раствора, на самом деле были предназначены для общения вирусов друг с другом, а не бактерий, и их "авторами" были не микробы, а их непрошенные гости.

Эти молекулы, как показали эксперименты израильских генетиков, заставляют вирус "переключиться" с одной программы размножения на другую. В присутствии arbitrium вирусы "уходят в подполье", встраиваясь в ДНК бактерий вместо того, чтобы бурно размножаться в них и уничтожать клетки.

Переключение программы происходит по той причине, что arbitrium блокирует работу вирусного белка AimR, отвечающего за запуск процедуры размножения вирусной ДНК и растворения стенок бактерии.

Зачем это нужно вирусам? Подобная система сигналов, как объясняют ученые, работает как своеобразная форма коллективного разума вирусов, который позволяет им гибко координировать свое поведение. Когда вирусов мало, им выгоднее активно размножаться, заражая новых бактерий и убивая их, однако со временем их становится слишком много и бактерии начинают коллективно реагировать на заражение, или же число бацилл падает до крайне низких значений.

В этот момент вирусы переключаются на альтернативную программу заражения, используя сигналы, подобные arbitrium, и "скрываются в толпе", выжидая новый удобный момент для заражения. По словам Сорека, его команда обнаружила более сотни других молекул, похожих на arbitrium и AimR, в других вирусах-бактериофагах, что говорит о том, что многие или даже все вирусы умеют "общаться" с себе подобными.

Возможно, что аналогичные системы существуют и в вирусах, заражающих человека, и их наличие могло бы объяснить, как ВИЧ и ряд других ретровирусов прячутся в клетках при попытке их изгнать из организма. Если ученым удастся найти молекулу, которая заставит ВИЧ навечно "окопаться" в клетке и не выходить оттуда, то проблема борьбы с ним будет решена.