Bakterie využívají různé strategie k přežití a nadvládě ve svém prostředí, a jedna z nejzajímavějších je používání pozůstatků virů jako zbraní proti svým konkurentům. Již dávno předtím, než lidé začali objevovat antibiotika a jiné způsoby boje proti bakteriím, byly viry hlavními aktéry v tomto mikroskopickém světě. Tyto viry, známé jako bakteriofágy nebo jednoduše fágy, byly původně identifikovány díky své schopnosti tvořit čisté skvrny na kultivačních miskách plných bakterií.

Bakteriofágy hrály klíčovou roli v raném vývoji molekulární biologie a později byly vyvíjeny jako potenciální terapeutické nástroje, zejména v době, kdy se antibiotická rezistence stává stále větším problémem. Přestože lidé teprve nedávno začali využívat fágy, bakterie již dlouho předtím našly způsob, jak tyto viry využít ve svůj prospěch.

Přeměna fágů na bakteriální zbraně

Vědci zjistili, že bakterie si ve svých genomech uchovávají fragmenty virů, které je v minulosti napadly, a přeměňují je na zbraně proti jiným bakteriím. Tento proces byl nedávno popsán v nové studii, která ukazuje, jak tento mechanismus pomohl udržovat různorodost bakteriálních populací po staletí.

Zdroj: Shutterstock

Výzkum začal studiem bakterií spojených s rostlinami v Německu. Populace zahrnovala různé kmeny rodu Pseudomonas, některé z nichž jsou známé jako rostlinní patogeni. Přestože by jeden úspěšný kmen měl teoreticky dominovat, vědci zjistili, že se udržovala rovnováha mezi různými kmeny.

Genomické analýzy a zjištění

Vědci analyzovali více než 1500 genomů těchto bakterií a zjistili, že přes 99 % z nich obsahovalo fragmenty virů. Tyto fragmenty, které byly poškozené a nefunkční, pocházely z dávných infekcí fágů. Zajímavé bylo, že jeden specifický virový fragment, nazvaný VC2, se vyskytoval na stejném místě v genomech mnoha kmenů a vykazoval stejné poškození.

VC2 byl identifikován jako typ zbraně zvané „tailocin“. Tailociny jsou bývalé fágy, které bakterie upravily tak, aby mohly být použity k ničení jiných bakterií. Tyto struktury, které obsahují jen nohy a stonky fágů, se mohou přichytit na cílové bakterie a vytvořit díru v jejich membráně, což vede k úniku buněčného obsahu a smrti buňky.

Evoluční závody ve zbrojení

Výzkumníci potvrdili funkci VC2 jako tailocinu prostřednictvím laboratorních experimentů. Bakterie, které produkovaly tailocin, byly imunní vůči jeho účinkům, zatímco jiné kmeny byly zabíjeny. Když vědci odstranili geny potřebné pro tvorbu tailocinu, zabíjení přestalo.

Genetický screening odhalil, že odolnost vůči tailocinu je dána mutacemi, které ovlivňují složité cukrové molekuly na povrchu buněk. Současně bylo zjištěno, že většina genetických variací ve VC2 se nachází v proteinech odpovědných za přichycení tailocinu na tyto cukry.

Historie a důsledky

Tento evoluční boj mezi bakteriemi trvá již stovky let, což dokládají genetické analýzy starých vzorků. Závod ve zbrojení mezi různými kmeny bakterií je dynamický proces, kde každý kmen může být jak útočníkem, tak obětí. Tento komplexní systém interakcí připomíná hru kámen-nůžky-papír, kde neustále dochází k inovacím a protiopatřením. Evoluční soutěže mezi mikroorganismy jsou tedy mnohem složitější, než by se na první pohled mohlo zdát, a často připomínají chaotickou bitku, kde se výhody a nevýhody neustále mění.