Бактерии-зомби: биологи заставили мертвые клетки производить ДНК по инструкции
Исследователи из Орхусского университета обнаружили, что молекулярные механизмы бактерий могут продолжать производить ДНК после гибели клеток. Более того, ученым удалось управлять этим процессом, задавая свойства новых молекул. Работа опубликована в журнале Angewandte Chemie.
Открытие связано с биопленками — сообществами бактерий, окруженными липким веществом, в состав которого входит, в том числе, ДНК. Знакомый пример такой структуры — зубной налет.
Как работают «зомби-фабрики»
В экспериментах использовали бактерии Shewanella oneidensis и Bacillus subtilis. Ученые лишили их питательных веществ, что активировало бактериофаги — вирусы бактерий, до этого находившиеся в состоянии покоя в их генетическом материале. Вирусы начали размножаться и в итоге разрушили часть клеток.
При разрушении наружу вышли строительные блоки ДНК и ферменты, которые продолжили синтезировать ее уже за пределами погибших бактерий, внутри биопленки. Бактериофаги предоставляли часть молекулярного оборудования для этого процесса.
ДНК по заданному образцу
Чтобы отличить новые молекулы от остатков разрушенных клеток, исследователи добавили искусственную кольцевую ДНК. Она стала шаблоном для многократного копирования. Продукт синтеза имел характерную структуру, которую выявляли флуоресцентными красителями. Соединяясь с другими веществами, новая ДНК образовывала структуры, похожие на цветы у одного вида бактерий и длинные нити — у другого. У бактериального штамма без соответствующих вирусов такая ДНК не появлялась.
Меняя шаблон, ученые также смогли управлять результатом синтеза. В частности, они получили G-квадруплексы — особым образом свернутые структуры ДНК, способные связывать другие молекулы и при определенных условиях ускорять химические реакции.
Возможности и ограничения
Исследователи показали, что полученная ДНК может выполнять роль катализатора и менять электрические свойства биопленки. При этом ее способность защищать бактерии от антибиотиков или других воздействий не установлена.
Таким образом, вирусы не только разрушают бактериальные клетки, но и помогают производить ДНК для биопленки. Пока неизвестно, возник ли этот механизм в ходе эволюции благодаря пользе для оставшихся бактерий или он представляет собой побочный эффект вирусной инфекции.
В перспективе метод может пригодиться для создания биоматериалов, в том числе для разложения загрязняющих веществ непосредственно там, где это необходимо.
