Исследователи из Университета Райса (Rice University) разработали метод, который позволяет отслеживать взаимодействия между бактериофагами и бактериями непосредственно в сложных микробных сообществах. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Новая технология помогла обнаружить ранее неизвестных хозяев одного из наиболее изученных бактериофагов и показала, как небольшие изменения в строении вируса могут существенно влиять на круг бактерий, которые он способен заражать.
Что такое бактериофаги
Бактериофаги, или фаги, — это вирусы, которые заражают бактерии. Они считаются самыми многочисленными биологическими объектами на Земле и играют важную роль в формировании микробных сообществ.
Фаги могут уничтожать бактерии, изменять их обмен веществ и переносить генетический материал между микроорганизмами. Поэтому ученые рассматривают их как потенциальную альтернативу антибиотикам и инструмент для управления микробиомом человека и окружающей среды.
Однако до сих пор одной из главных проблем оставалось определение того, какие именно бактерии способны взаимодействовать с конкретными фагами в естественных условиях.
РНК-штрихкод вместо трудоемких экспериментов
Для решения этой задачи исследователи адаптировали разработанную ранее технологию РНК-маркировки.
Система использует специально сконструированную рибозиму — молекулу рибонуклеиновой кислоты, способную выполнять каталитические функции. После передачи генетического материала от фага бактерии в ее рибосомальную рибонуклеиновую кислоту встраивается уникальный молекулярный «штрихкод».
Затем ученые могут определить бактерию-получателя с помощью секвенирования рибонуклеиновой кислоты — метода чтения генетической информации.
По словам Лорен Стадлер (Lauren Stadler), научного сотрудника факультета гражданского и экологического строительства Университета Райса, такой подход позволяет не выделять каждое взаимодействие отдельно, а находить своеобразный молекулярный след, который вирус оставляет в зараженной клетке.
Неожиданное открытие в сточных водах
Для проверки метода ученые встроили систему штрихкодирования в бактериофаг P1 — хорошо изученный вирус, который способен переносить генетический материал между кишечными бактериями и может участвовать в распространении генов устойчивости к антибиотикам.
Эксперименты проводились как на лабораторных микробных сообществах, так и на образцах сточных вод из очистных сооружений в районе Хьюстона.
Именно в сточных водах исследователи сделали неожиданное открытие. Среди бактерий, получивших генетический материал от фага P1, оказались представители порядка Aeromonadales, включая Aeromonas hydrophila.
Ранее этот микроорганизм никогда не рассматривался как хозяин бактериофага P1.
По мнению авторов, это свидетельствует о том, что в природных микробных сообществах существует множество ранее неизвестных взаимодействий между вирусами и бактериями.
Как небольшие изменения помогают фагам выбирать новые цели
Ученые также изучили роль хвостовых волокон бактериофагов — белковых структур, которые помогают вирусу распознавать и прикрепляться к бактерии.
Используя различные варианты этих белков и новую систему РНК-маркировки, исследователи показали, что даже небольшие генетические изменения способны радикально изменить набор бактерий, с которыми взаимодействует фаг.
По словам Лорен Стадлер (Lauren Stadler), такие данные особенно важны для разработки модифицированных бактериофагов, которые смогут доставлять полезные гены в определенные бактерии или избирательно уничтожать вредные микроорганизмы.
Возможности для медицины и биотехнологий
Авторы считают, что новая технология может ускорить создание фаговой терапии — подхода, при котором вирусы используются для борьбы с бактериальными инфекциями. Кроме того, метод может применяться для изучения микробиома человека, очистки окружающей среды и различных биотехнологических процессов.
В отличие от многих существующих методов, новый подход не требует длительного выращивания бактерий в лаборатории и может использоваться для масштабного изучения вирусно-бактериальных взаимодействий в самых разных экосистемах.
Интерес к бактериофагам растет и в медицине: ранее ученые сообщали, что бактериофаги могут стать альтернативой антибиотикам в борьбе с устойчивыми инфекциями.
Литература
LaTurner Z. W., et al. Cross-order detection of bacteriophage transduction in microbial communities using RNA barcoding // Nature Communications. 2026. DOI: 10.1038/s41467-026-70995-y.
Rice University. Cross-order detection of bacteriophage transduction in microbial communities using RNA barcoding. 2026.