Найдены новые механизмы бактериофагов

Бактериофаги — вирусы, поражающие бактерии, — применяют значительно более широкий набор механизмов, чем считалось ранее. Исследователи из Центра микробной биотехнологии Ягеллонского университета выявили белки фагов, способные ранее неизвестным способом проходить через защитную оболочку бактерий и разрушать её. Каждый подобный механизм рассматривается как потенциальный терапевтический инструмент нового типа.

Бактериофаги существуют на Земле миллиарды лет и за это время развили высокоточную способность распознавать и уничтожать отдельные штаммы бактерий.

Интерес к бактериофагам как медицинскому инструменту усиливается на фоне роста антибиотикорезистентности — процесса, при котором бактерии эволюционируют и приобретают устойчивость к антибиотикам. Такие штаммы представляют угрозу не только при обычных инфекциях, но и во время госпитализаций, хирургических вмешательств и химиотерапии, когда эффективность антибиотиков критически важна.

Бактериофаги рассматриваются как один из возможных путей решения проблемы устойчивости к антибиотикам, однако для их применения необходимо детальное понимание механизмов их работы.

В качестве примера приводится Bacillus pneumoniae, один из основных возбудителей тяжёлых внутрибольничных инфекций. Бактерия защищена плотной сахарной оболочкой, которая служит химической «бронёй» и затрудняет работу иммунной системы. Бактериофаги напоминают миниатюрных механических пауков: они имеют «голову» с генетическим материалом и «ноги» для прикрепления к бактерии. На концах этих структур находятся специализированные белки, действующие как ключи к бактериальной оболочке. Долгое время считалось, что эти белки представлены только ферментом деполимеразой, который разрушает сахарную защиту.

Работа, проведённая доктором Рафалом Мостовым, профессором Малопольского центра биотехнологий Ягеллонского университета, совместно с исследователями из Вроцлавского университета, показала, что это представление неполное. Результаты опубликованы в журнале PLOS Biology. По словам профессора Мостовi: «Чтобы лучше понять, как фаги распознают бактериальные оболочки, у нас возникла идея вирусной археологии. Бактерии часто содержат спящие вирусы — следы прошлых инфекций, которые встроились в ДНК и сохраняются в ней. Мы начали их поиск. С помощью методов машинного обучения анализировали связи между белками этих вирусов и типами бактериальных оболочек. Другими словами, сопоставляли белковые последовательности с конкретными оболочками».

Результаты оказались неожиданными: помимо известных ферментов, разрушающих оболочку, обнаружили новый класс белков. Эти белки не разрушают оболочку, а отделяют от неё отдельные химические элементы.

«Если представить бактериальную оболочку как стену с тысячами крючков, то одни вирусы её разрушают, а другие, как показали наши данные, аккуратно снимают эти крючки. Этого достаточно для проникновения внутрь», — отметил профессор Мостови. Он добавил: «Мы начали с кода. Компьютер показал интересные ДНК-последовательности, затем мы получили из них белки в лаборатории, и они действительно работают».

Полученные данные указывают, что фаги используют более разнообразный набор инструментов, чем предполагалось ранее. Каждый новый механизм распознавания бактериальных оболочек рассматривается как потенциальный терапевтический инструмент для борьбы с устойчивыми штаммами.

«Бактерии постоянно меняются и эволюционируют. Необходимо идти в ногу с этими изменениями. Чем больше известно о механизмах работы фагов, тем лучше можно подготовиться к новым вызовам», — отметил профессор Рафал Мостови.

Читайте также: