Поражающие бактерии вирусы защищают свой геном внутри клетки-хозяина, образуя вокруг него белковое «ядро» с множеством небольших пор. Если считать вирусы живыми, то вирусы бактерий — бактериофаги, или просто фаги — самые многочисленные и распространенные существа на Земле.

Среди них встречаются и невероятно мелкие, и весьма крупные представители, такие как «джамбо-фаги» (jumbo phages), названные в честь знаменитого циркового слона, жившего в середине XIX века. Их геном в разы больше обычного и достигают сотен тысяч пар оснований, хотя верхний предел до сих пор не установлен.

Более того, оказавшись в клетке, такие фаги формируют вокруг своей ДНК оболочку, подобную ядру эукариот. Она защищает геном от «иммунных» систем бактерий. Недавно ученым из Калифорнийского университета в Сан-Диего удалось определить структуру этой оболочки и в целом описать, как она собирается и работает. Статья Элизабет Виллы (Elizabeth Villa) и ее коллег опубликована в журнале Nature.

Сравнение размеров: «джамбо-фаг» 201phi2–1, обычный фаг Т4 и бактериальная рибосома / ©Villa Lab, UC San Diego

Биологи исследовали фаги 201phi2–1, геном которых насчитывает более 200 тысяч пар оснований. Они инфицируют клетки бактерий Pseudomonas chlororaphis и, проникнув в них, образуют оболочку вокруг своей ДНК, чтобы физически препятствовать белкам системы CRISPR нейтрализовать вирус. Ученые рассмотрели это «ядро» с помощью криоэлектронной микроскопии и других методов, определив его структуру.

В отличие от оболочки ядер клеток эукариот, основу которой, как и у клеточных мембран, составляет двойной слой липидов, «ядро» фага оказалось сложено из белков. Точнее говоря, из тысяч копий одного и того же белка, получившего название хималлин (chimallin, ChmA) — в честь щитов, бывших в ходу у ацтекских воинов.

Белковые модули ChmA собираются в «ядро», окружающее геном бактериофага-джамбо / ©Villa Lab, UC San Diego

Такие модули складывают оболочку за счет самосборки, оставляя поры, позволяющие лишь небольшим молекулам проникать внутрь. Поры в ядрах эукариот — сложные, многосоставные белковые комплексы, которые способны избирательно контролировать поток веществ, но у вируса они устроены намного проще: по-видимому, это лишь промежуток в трехмерной мозаике, сложенной белками ChmA.

Сегодня, когда проблема устойчивости бактерий к антибиотикам становится все более угрожающей, фаги привлекают особенное внимание, предлагая альтернативный способ борьбы с бактериальными инфекциями. Авторы новой работы предполагают, что когда-нибудь такие «полезные» фаги удастся оснастить собственной системой сборки «ядра», чтобы сделать их намного эффективнее в заражении и уничтожении патогенных микробов.