Нещодавні наукові дослідження, результати яких були оприлюднені у виданні Cell Host & Microbe у 2025 році, пролили світло на те, яким чином бактерії формують свій захист, застосовуючи механізм, що вражаюче нагадує принципи вакцинації. Ця природжена система функціонує як набутий імунітет, надаючи бактеріям здатність розпізнавати та ефективно нейтралізувати вірусні атаки при повторному контакті.
Після першої зустрічі з вірусом бактеріальна клітина активує специфічний фермент. Його завдання — інтегрувати крихітні фрагменти вірусної ДНК, відомі як спейсери, у власну спадкову структуру. Таким чином, створюється своєрідний архів для майбутньої ідентифікації та оборони. По суті, цей процес є записом минулого досвіду, критично важливим для забезпечення виживання в майбутньому.
Цікаво, що вчені вже давно активно використовують це унікальне явище, яке лягло в основу інноваційної технології CRISPR. Проте лише нещодавно дослідники усвідомили його головну природну функцію всередині клітини — можливість оперативно вносити зміни до власного геному.
Технологія CRISPR застосовує згаданий фермент як «генетичні ножиці» для маніпуляцій з ДНК у широкому спектрі завдань, починаючи від лабораторних експериментів і закінчуючи передовими методами генної терапії. Незважаючи на широке використання, детальний механізм цього процесу безпосередньо всередині бактерій тривалий час залишався не до кінця зрозумілим, аж до появи останніх досліджень.
Розуміння складної взаємодії між бактеріофагами — вірусами, що спеціалізуються на ураженні бактерій, — та їхніми господарями має вирішальне значення для розвитку фагових терапій. Фагова терапія є перспективним підходом, що передбачає використання вірусів для боротьби з бактеріальними інфекціями, які не піддаються лікуванню антибіотиками. Молекулярний біолог Родольф Баррангу (Rodolphe Barrangou) підкреслив, що ці нові знання можуть значно сприяти розробці фагів, здатних ефективно протидіяти ширшому спектру патогенних бактерій.
Бактерії мають цілий арсенал захисних механізмів, який налічує понад 150 різних способів протистояння фагам. Для успішного застосування терапевтичних агентів необхідно навчитися обходити ці захисні бар'єри. Нове розуміння внутрішніх процесів має стимулювати ширше бачення застосування фагових методів лікування різноманітних інфекційних захворювань.
Результати дослідження вказують на нові шляхи створення препаратів на основі фагів, які зможуть задіяти внутрішні захисні ресурси самих бактерій. Усвідомлення того, як саме бактерії архівують фрагменти вірусної ДНК, відкриває перед дослідниками можливість конструювати фаги, здатні цілеспрямовано знищувати патогенні мікроорганізми. Це пропонує багатообіцяючу стратегію у боротьбі з глобальною проблемою антибіотикорезистентності.
У цій безперервній еволюційній гонці озброєнь віруси також не стоять на місці, розвиваючи контрзаходи. Було виявлено, що деякі бактеріофаги, зокрема ICP1, здатні «викрадати» весь генетичний набір системи CRISPR/Cas. Це спричиняє повний хаос у захисних системах бактерії, позбавляючи її можливості ефективно протистояти інфекції. Крім того, сама система CRISPR-Cas, яка є основою адаптивного імунітету прокаріот, також задіяна у процесах, не пов’язаних безпосередньо з обороною, таких як регуляція експресії генів та репарація ДНК. Це глибоке знання внутрішньої архітектури мікробного імунітету дає змогу свідомо формувати більш стійкі та гармонійні рішення для загального здоров'я людства.