Белок BstA профага защищает сальмонеллу от других фагов

Известны разнообразные способы защиты бактерий от фагов. Многие из них подразумевают прямое уничтожение фага клеткой; к таким относится CRISPR-система. Другие защищают бактерии от фагов на популяционном уровне. Их объединяют под термином «абортивная инфекция». В случае абортивной инфекции зараженная клетка погибает, но фаг внутри нее не реплицируется и не заражает другие клетки.

Ученые из США и Великобритании описали новый механизм абортивной инфекции, в котором участвуют белки BstA. Они работали со штаммом Salmonella enterica серовар Typhimurium, несущим профаг BTP1. Локус gtr профага обеспечивает устойчивость бактерии к фагу P22. Ранее было показано, что удаление всего профага делает сальмонеллу чувствительной к P22, но инактивация только gtr не дает такого эффекта. Основываясь на своих предыдущих работах, ученые предположили, что в устойчивость к P22 вовлечен также ген bstA профага.

В новой работе они показали, что одновременная делеция gtr и bstA приводит к полной потере бактериальной популяцией устойчивости против фага P22. Внесение стоп-кодонов в начало кодирующей последовательности BstA давало такой же эффект. Более того, экспрессия только BstA в штамме S. Typhimurium LT2 без профага BTP1 обеспечивала полное подавление P22 и других фагов — ES18 и 9NA. Так как при высоком титре фага бактериальные клетки погибали, ученые предположили механизм абортивной инфекции. Снижения уровня встраивания чужеродного фага в геном бактерии не наблюдалось. Таким образом, BstA не влияет на лизогенный цикл фага, но препятствует литическому пути.

Авторы обнаружили гомологи BstA у различных видов грамотрицательных бактерий; 79% таких гомологов сосуществовали с генами фагов, что позволило предположить их ассоциацию с профагами. Экспрессия вариантов белка из Klebsiella pneumoniae и E. coli в S. Typhimurium LT2 обеспечила ей защиту от фагов сальмонеллы, включая фаг BTP1. Экспрессия же варианта BstA из сальмонеллы в E. coli защитила последнюю от колифагов λ, φ80, P1 и T7, но не от T4 и T5.

Сальмонелла, экспрессирующая BstA с профага BTP1, остается чувствительной к инфекции самим фагом BTP1. Это означает, что фаг оснащен фактором, который защищает его абортивной инфекции под действием собственного белка. В экспериментах с мутантными фагами BTP1 авторы идентифицировали элемент aba, блокирующий действие BstA. Последовательность aba длиной 63 нуклеотида пересекается с геном bstA. Действие aba вероятнее всего, обеспечивается именно ДНК элемента. Перекрестные эксперименты с BstA разных видов бактерий показали, что каждая aba-последовательность защищает только от своего варианта белка BstA.

Детерминанты чувствительности фагов к BstA пока неясны. Кроме того, не раскрыт молекулярный механизм подавления репликации фагов за счет BstA. По мнению авторов, описание системы BstA-aba открывает дорогу исследованиям инструментов профагов, подавляющих их собственную антифаговую активность.