Эволюция бактериофагов

Как изменялись взгляды на строение бактериофагов? Каким образом фаги поражают бактериальные клетки? Какие части бактериофагов в большой степени подвержены эволюции? Об этом рассказывает кандидат биологических наук Андрей Летаров.

Очень важная функция фагового генома — это специфичность абсорбции на клетке. Фаги обычно инфицируют бактерии определенных штаммов в пределах одного или нескольких родственных видов. Для этого они узнают на поверхности бактерий определенную структуру — так называемые рецепторы, которые бактериям нужны для чего-то другого, но фаги крепятся к ним и тогда могут вводить свою ДНК. Специфичность каждого конкретного фага, как правило, достаточно узка, хотя есть некоторые исключения. Очевидно, что они испытывают отбор на изменение этой специфичности: эти бактерии кончились, есть немного другие, и если кто-то может расти на них, значит, у него большое преимущество. Абсорбционный аппарат сильно изменяется за счет модульных механизмов. Например, у одного фага внизу хвоста имеется базальная пластинка, от нее идет шесть фибрилл. У фагов, похожих на него, там могут торчать какие-то лапки с разветвленными структурами по пять разных «пальцев». И мы до конца понимаем, нужно ли это для того, чтобы каждым из «пальцев» узнавать свой вариант хозяина, или они действуют согласованно.

Оказывается, у фагов, помимо последовательности аминокислот в белках, которая изменяется медленнее, чем ДНК, но все-таки изменяется, есть еще характер укладки полипептидной цепи, так называемый фолд. Это удивительно консервативная вещь. Есть, например, какой-нибудь предмет, скажем сумка. Сумки могут быть достаточно по-разному устроены — с длинными ручками, широкие, узкие. Но есть определенные общие свойства, по которым мы достаточно надежно можем опознать, что этот предмет — сумка, а не стакан. Аналогичные критерии на грани эстетического восприятия, хотя они вполне формализуемы — есть математические методы сравнения, — позволяют различать фолды белков. Сравнивая между собой уже не последовательности, а пространственные формы белков там, где удается их экспериментально обнаружить или хотя бы надежно предсказать, люди пришли к выводу, что линии вирусов действительно имеют очень древнюю природу. И можно показать, что, например, все хвостатые бактериофаги — это, как мы и предполагали, группа с общим происхождением, имеющая похожую укладку главного белка, из которого построена головка, и своими корнями они объединяются с вирусами герпеса, которые инфицируют человека и животных.

Действительно, у вирусов вполне себе дихотомическая революция, которая очень энергично нарушается модульными перестановками. В отличие от клеток, сердце вируса, или, как сказал финский вирусолог Деннис Бамфорд, «phage self» («самость бактериофага»), тоже размывается. «Phage self» — не абсолютная вещь, в отличие от клеточных организмов, в случае которых мы очень увлечены филогенией их рибосом. Поэтому мы не можем четко проследить историю отдельно взятого вируса до его возникновения. Все это уходит в некий туман, а из этого тумана торчат ветки, на кончиках которых мы можем увидеть ответвления и построить какую-то классификацию.