Холерный вибрион имеет две защитные системы для устранения плазмид

В настоящее время продолжается седьмая по счету пандемия холеры. Эта пандемия была вызвана штаммами Vibrio cholerae биотипа El Tor (его также обозначают 7PET). Швейцарские ученые сообщили в Nature, что вибрионы этих штаммов обладают двумя защитными системами, которые удаляют из клеток высококопийные плазмиды и препятствуют нежелательному горизонтальному переносу генов.

Авторы работы показали на штамме A1552, принадлежащем к группе 7PET, что в течение 50 поколений клетки холерного вибриона избавляются от разнообразных высококопийных плазмид. В то же время некоторые низкокопийные плазмиды передаются из поколения в поколение. Тем не менее, в других штаммах 7PET и эти плазмиды элиминировались. Штамм A1552 относится к серогруппе O139. Для этой серогруппы характерна делеция в области одного из островков патогенности, который содержит кластер генов для утилизации сиаловой кислоты, систему рестрикции-модификации и еще одну предполагаемую систему противофаговой защиты. Делеция затрагивает 28 генов. Чтобы выяснить, отсутствие каких генов повышает стабильность передачи плазмид, ученые создали серию делеционных мутантов на основе штамма с нормальным островком патогенности. Оказалось, что быстрая утрата плазмид связана с активностью оперона VC1771–VC1770. Поскольку защитные системы бактерий часто располагаются в островках патогенности, авторы работы проверили и другие островки. Так был выявлен оперон VC0492–VC0490, также отвечающий за дестабилизацию плазмид. Авторы работы обозначили опероны VC1771–VC1770 и VC0492–VC0490 как DdmDE и DdmABC соответственно.

Дальнейшее исследование показало, что механизмы действия защитных модулей DdmDE и DdmABC различаются, однако вместе они эффективно устраняют плазмиды. DdmDE обеспечивает их деградацию, а DdmABC усиливает действие DdmDE. Более того, DdmABC работает как система защиты бактериальных популяций от инфекций, вызываемых бактериофагами, и запускает гибель зараженных клеток. 

Система DdmDE отвечает за устранение мелких плазмид, а DdmABC, кроме того позволяет клеткам избавляться от крупных конъюгативных плазмид. Стоит отметить, что системы Ddm не только дают возможность клеткам избавиться от груза плазмид, но и способствуют удалению из популяций несущих плазмиды клеток. Благодаря активности систем Ddm вирионы штаммов группы 7PET практически лишены плазмид. Механизмы, с помощью которых эти системы распознают плазмидную ДНК и отличают ее от собственной ДНК бактерии, остаются неизвестными. Поддержание плазмид при активных системах Ddm возможно лишь в том случае, если их наличию благоприятствует отбор, например, присутствие в окружающей среде антибиотиков будет способствовать поддержанию в клетках низкокопийных плазмид семейства IncC, обеспечивающих множественную антибиотикорезистентность.

Авторы заключают, что именно описанный ими механизм позволяет опасным патогенам оставаться практически лишенными плазмид, несмотря на их обилие в окружающей среде.