У бактерий обнаружили систему противовирусного самоуничтожения

Комплекс ToxI и ToxN. Иллюстрация из статьи Short, L.F. et al., PNAS, 2012

Биологи Кембриджского Университета изучили механизм работы системы ToxIN, которая защищает от вирусов бактерии Pectobacterium atrosepticum и Bacillus thuringiensis путем самоуничтожения зараженных клеток. Работа ученых опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ученые установили, что система ToxIN работает по принципу комплекса яда и противоядия. Ядом в данном случае выступает белок ToxN, способный полностью разрушать всю клеточную РНК (он относится к неспецифическим рибонуклеазам). Однако, работу ToxN сдерживает другой компонент системы - небольшая РНК ToxI.

Биологи показали, что РНК ToxI завязывается в узел и образует с рибонуклеазой ToxN комплекс из шести молекул (3+3), в котором работа яда становится невозможной.

Выживание бактерии имеющей систему ToxIN зависит от баланса яда и противоядия. Гены последних находятся на ДНК рядом друг с другом (в одном опероне), поэтому и яд, и противоядие синтезируются одновременно.

В норме противоядия синтезируется немного больше, но если клетку заражает вирус, противоядие исчезает а более стабильный яд - остается. Это связано с тем, что бактериофаги, пытаясь перевести все ресурсы клетки на синтез собственных генов, прежде всего ингибируют работу генов хозяев. При этом гены противоядия также перестают синтезироваться и зараженная клетка умирает от действия ToxN.

Системы яда и противоядия хорошо известны у бактерий. Обычно в роли и яда и противоядия выступают белки, либо РНК как противоядие действует не на сам яд, а на кодирующую его матричную РНК. Уникальность системы ToxIN заключается в том, что небольшая РНК ингибирует действие опасного белка, связываясь с ним в специфических комплекс.

Интересно, что системы яда и противоядия не обязательно несут противовирусную функцию. Многие из них являются эгоистичными генетическими элементами, которые за счет яда просто обеспечивают свое копирование. Клетка, случайно потерявшая эти эгоистичные гены, оказывается неспособна синтезировать новое противоядие. Поскольку внутри такой клетки уже присутствует довольно стабильный яд, она умирает.