Жесткость термочувствительного фага C22 модулирует инфекционность фага.

Nov 27, 2023

Том 12 научных докладов, номер статьи: 13001 (2022 г.) Цитировать эту статью

678 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Бактериофаги предлагают устойчивую альтернативу борьбе с болезнями сельскохозяйственных культур. Однако отсутствие знаний о механизмах фаговой инфекции делает биологический контроль на основе фагов разнообразным и неэффективным. В этой работе мы исследовали температурную зависимость инфекции и термореактивное поведение фага С22. Этот почвенный подовирус способен лизировать Ralstonia solanacearum, вызывая бактериальное увядание. Мы обнаружили, что фаг С22 может лучше инфицировать патогенную клетку-хозяина при инкубации при низких температурах (25, 30 °С), чем при высоких температурах (35, 40 °С). Измерение жесткости фага С22 показало, что жесткость фага при низких температурах в 2–3 раза выше, чем при высоких температурах. Кроме того, результаты визуализации показали, что больше частиц фага C22 прикреплялось к поверхности клетки при низких температурах, чем при высоких температурах, что связывает жесткость фага и прикрепление фага. Результат предполагает, что модуляция структуры и жесткости в ответ на изменение температуры улучшает инфекцию, обеспечивая понимание механизма литического цикла фага C22. Наше исследование означает необходимость понимания реакции фагов на изменяющуюся среду для эффективного осуществления биоконтроля на основе фагов.

Бактериальное увядание, вызванное Ralstonia solanacearum, уничтожило сельскохозяйственные культуры, включая картофель, томаты, табак и перец чили, что обходится примерно в 1 миллиард долларов США в год1. Традиционные методы, такие как дезинфекция почвы, коррекция почвы и севооборот, являются трудоемкими и неэффективными из-за способности патогенных бактерий выживать в почве в течение длительного времени и распространяться в близлежащие регионы по водным каналам2,3. Использование химикатов и пестицидов для уничтожения бактерий наносит вредные остатки на потребительские товары, здоровье человека и окружающую среду. Таким образом, биологический контроль Ralstonia solanacearum, вызывающего увядание, с использованием антагонистических агентов вызвал интерес как безопасная альтернатива4,5. Среди таких агентов литические бактериофаги или фаги демонстрируют многообещающие результаты в борьбе с такими повреждающими бактериями6,7,8,9. Фаги нацелены на определенные бактериальные клетки-хозяева. Как только все клетки-хозяева будут уничтожены, фаги больше не будут реплицироваться. Фаги в целом признаны безопасными (GRAS) и нетоксичными для эукариот, что делает их привлекательным выбором для профилактики и лечения болезней сельскохозяйственных культур, включая бактериальное увядание10,11.

Несмотря на преимущества фагов, биоконтроль с помощью фага используется недостаточно из-за его различной эффективности12,13,14,15. Успех биоконтроля фагов зависит от заражения бактериальной клетки-хозяина фагом, которое регулируется несколькими окружающими факторами, такими как pH, ионы и осмотическое давление16,17,18. Важным фактором во всех микросредах является температура. Фаги, используемые в биоконтроле, постоянно испытывают колебания температуры из-за ежедневных климатических и сезонных изменений на сельскохозяйственных полях. Температурная зависимость фагов была исследована ранее. Однако точная роль температуры в фаговой инфекции остается неясной. Некоторые фаги могут лучше инфицировать при определенных для них допустимых температурах19,20,21,22. Фаг лямбда, инфицирующий Escherichia coli, и фаги, инфицирующие Burkholderia pseudomallei, инфицировали свои клетки-хозяева более эффективно и производили больше фагов-потомков при температуре около 35–40 °C, чем при температуре около 20–35 °C20,22. Исследование лизиса клеток Pseudomonas fluorescens фагом ɸS1 показало более высокую скорость заражения при 26 °C, чем при 37 °C23. С другой стороны, некоторые фаги нечувствительны к температуре. Фаг миовируса Т4 эффективно лизирует E. coli BL21 в диапазоне температур от 15 до 41 °C24. Фаг P100, инфицирующий Listeria monocytogenes, оставался инфекционным при температуре 4–60 °C25,26. Фаг MR5, инфицирующий Pseudomonas syringae и вызывающий бактериальный рак, проявлял одинаковую инфекционность при 20, 27 и 37 °C27. Понимание того, как температура влияет на фаговую инфекцию, может дать рекомендации по использованию фагового биоконтроля в сочетании с данными прогноза температуры и инфекции6,28. Поэтому мы пытаемся расшифровать роль температуры для фагов в биоконтроле.