Бактеріофагам, які потрапили разом у бактеріальну клітку, доводиться вирішувати, чи вступати їм один з одним у непримиренну боротьбу або ж почати співпрацювати.
Бактеріофагами називають віруси, що вражають бактеріальні клітини. Загалом план будови у них такий же, як у інших вірусів - це нуклеїнова кислота (найчастіше - ДНК) із записаними в ній генами вірусу, укладена в білкову оболонку-капсид.
Зовнішній вигляд у бактеріофагів досить своєрідний: їх частинки складаються з головки, яка виглядає як правильна геометрична фігура і в якій знаходиться нуклеїнова кислота, і хвоста, за допомогою якого фаг впорскує свою нуклеїнову кислоту в бактерію. У деяких фагів на хвості є ще нитки, схожі на ніжки, які допомагають їм утримуватися на поверхні бактеріальної клітини. З боку вони схожі на якийсь зловісний механізм, і, коли говорять про віруси, то найчастіше представляють саме фагів, з їх хвостами і «ніжками».
У зараженій клітці бактеріофаги поводяться так само, як звичайні віруси: їх нуклеїнова кислота перемикає на себе всі ресурси клітини, змушуючи бактерію синтезувати вірусні білки і копіювати вірусний генетичний матеріал; білки і ДНК вірусу збираються в повноцінні вірусні частинки, які заповнюють клітку вщерть, і вона врешті-решт гине. Можливий і інший шлях: геном фагу вбудовується в ДНК бактерії і залишається в ній на якийсь час, переходячи в такому вигляді з покоління в покоління. Потім, коли фагу це здасться зручним, він активується і запускає «штампування» нових копій самого себе.
Різні віруси зазвичай спеціалізуються на різних господарях, і бактеріофаги - не виняток. Але часто трапляється так, що в одну і ту ж клітку проникають два фага одного різновиду. Що відбувається в такому випадку? Чи змагаються вони, прагнучи витіснити один іншого, або ж співпрацюють? Дослідники з Техаського університету A&M кажуть, що буває і так, і так, залежно від умов, в яких доводиться жити бактеріофагам.
Експерименти ставили з кишковою паличкою і бактеріофагом лямбда. Щоб стежити за двома різними фагами та їхніми нащадками, їх мітили чотирма флуоресцентними мітками. Дві з них належали білкам вірусної оболонки, і, якщо в клітці з'являлися саме білкові мітки, це означало, що фаги поспіхом збирають готові частинки.
Інші дві мітки ставали видимими, якщо у фагів включалися гени, що відповідають за збереження вірусного геному в бактеріальній ДНК. Виявилося, що, коли справа доходила до складання частинок, фаги починали прямо конкурувати один з одним - зрештою в клітці залишався тільки хтось один. Навпаки, якщо віруси вирішували «поспати» в клітинній ДНК, вони починали співпрацювати, допомагаючи один одному вбудуватися в чужий геном.
Тобто фагам, які опинилися разом в одній клітці, доводилося вирішувати, як жити далі. Рішення багато в чому залежало від зовнішніх умов: якщо бактерій навколо було багато, якщо середовище навколо було сприятливе для зростання бактеріальної колонії, то віруси вступали в гонку, намагаючись придушити один одного числом нащадків. Перевагу отримував той, хто встиг насинтезувати більше ДНК-копій - вірусна ДНК, як ми сказали вище, відтягує на себе клітинні ресурси, необхідні для власного подвоєння, тому той, чиєї ДНК виявилося більше, позбавляв ресурсів не тільки клітку-господаря, а й конкурента. (Тут важливо, хто коли проникає в клітку - у того, хто зробив це першим, буде певна фора).
Якщо ж клітин для розмноження виявлялося мало, і якщо сама клітина жила погано (так, що в ній не можна було швидко наробити багато вірусної ДНК), віруси разом вкладалися спати. Причому вони дійсно допомагали один одному, що було видно в експериментах з мутантними бактеріофагами: якщо в клітку потрапляли два віруси з поганими мутаціями в різних генах, що відповідають за вбудовування в чужий геном, то для успішного впровадження вони користувалися залишилися нормальними білками один одного - іншими словами, вирішували проблему спільно. Будучи разом, мутантні фаги ефективніше вставляли себе в бактеріальний геном, ніж якби вони потрапили в клітку поодинці.
Такі спільні дії, як пишуть автори роботи в Nature Communications, підвищують різноманітність вірусного геному: вбудовуючись в бактеріальну ДНК, їх гени перемішуються, так що в перспективі, коли справа доходить до синтезу вірусних частинок, з таких співпрацювали в минулому вірусів можуть вийти особини з новим генетичними варіантами. Коротше кажучи, взаємодопомога у важкі часи збільшувала генетичне розмаїття вірусів, а різноманітність - це завжди добре, оскільки підвищує шанси на виживання.
У перспективі отримані результати можуть допомогти у створенні антибактеріальних ліків нового покоління. Як відомо, до антибіотиків у мікробів швидко з'являється стійкість, і тому зараз часто говорять про те, щоб піти принципово іншим шляхом - наприклад, почати використовувати бактеріофаги в якості протиінфекційного засобу, і чим більше ми будемо знати про взаємини фагів один з одним і з бактеріями, тим ефективніше будуть такі препарати.