Досліджується новий метод знешкодження стійких до антибіотиків бактерій

Вірус може перешкоджати бактеріям ділитися між собою генами резистентності до антибіотиків, виявили дослідники з організації Texas A&M AgriLife. Отримані вченими результати відкривають шлях до створення нових методів лікування інфекцій та описують раніше не відому особливість дуже різноманітної, значною мірою не дослідженої частини біосфери.

Віруси, які уражають бактерії, можуть знайти нові застосування в медицині

Дослідження, опубліковане нещодавно у науковому виданні Proceedings of the National Academy of Sciences, очолювала Ланьїн Цзен (Lanying Zeng), доцент факультету біохімії та біофізики у коледжі сільськогосподарських та природничих наук A&M, штат Техас.

Як деякі фаги заражають бактерії

Віруси, які уражають лише бактерії, називаються бактеріофагами, або коротше фагами. Фаги – найчисленніші біологічні сутності на Землі. Ґрунт насичений фагами, як і кишечник людини, і фаги, які інфікують та знищують бактерії, знайшли перспективне застосування в боротьбі з стійкими до антибіотиків бактеріальними інфекціями.

Деякі фаги вражають лише бактерії, поверхня яких містить циліндричні структури, що називаються пілі або ворсинки. Ця назва походить від латинського слова «pilus», що означає «спис» . Пілі дозволяють бактеріям переносити гени для таких вигідних ознак як резистентність до лікарських засобів і посилюють здатність бактерій рухатися та атакувати клітини господаря. Відкривши зв’язок ворсинок з бактеріальною вірулентністю дослідники задаються питанням, чи не можна створити нові ліки для інактивації цієї функції. Хоча способи, як саме бактерії отримують користь від використання ворсинок (пілей), наразі встановлені наукою, те, як фаги використовують пілі для зараження бактерій, все ще залишається незрозумілим.

Конкуренція фагів

Вчені з групи Цзен використовувала флуоресцентну мікроскопію, щоб дослідити, як фаг, MS2, потрапляє в клітину кишкової палички E. coli. Дослідники створили фаги MS2, які флуоресціюють і є повністю інфекційними та стабільними. Фаги прикріплюються до ворсинок на клітинах кишкової палички, завдяки чому пілі видно через флуоресцентний мікроскоп.

Шляхом серії експериментів Цзен, її аспірант Лейт Харб (Laith Harb) та інші співавтори отримали детальний опис того, що відбувається, коли фаг MS2 заражає кишкову паличку.

Дослідники виявили, що після прикріплення фага до ворсинки вона втягується, виводячи фаг на поверхню бактеріальної клітини. Потім пілус обривається за фагом. У той час як здорові кишкові палички можуть відновлювати пошкоджені ворсинки, клітини, інфіковані MS2, втрачають таку здатність. Таким чином, іншим фагам не вдається заразити ту саму клітину. Перший фаг, що досягає клітини, отримує конкурентну перевагу.

«Це як заява з боку фага: “Все, входу більше немає. Ця клітина належить мені”. Фаги захоплюють собі власну територію», – каже Цзен, яка є одним із викладачів Центру технологій фагів, що входить до складу Texas A&M AgriLife.

Оскільки це явище значно сприяє здатності фагів інфікувати бактерії, воно може бути широко поширеним серед інших штамів фагів, які використовують пілі для зараження мікроорганізмів, додає Цзен.

Нові ідеї для медицини

Результати дослідження можуть бути придатними для застосування в медицині, вважає Цзен. По-перше, використання фагів для зменшення вірулентності бактерій може дати імунній системі час на боротьбу з інфекцією. По-друге, результати вказують на спосіб боротьби з інфекціями, який може бути більш безпечним для пацієнтів, ніж приймання антибіотиків або використання існуючої фагової терапії для знищення бактерій.

«Однією з переваг нашого методу в порівнянні з традиційною фаготерапією є те, що ви не вбиваєте клітину, а просто роззброюєте її», – пояснює Цзен. «Знищення бактеріальної клітини може спричинити проблему, оскільки всередині неї може бути токсин, який здатний потрапити в організм хазяїна».

Фаги, які націлені на ворсинки клітин шкідливих бактерій, можуть також посилити дію антибіотиків. Деякі бактеріальні інфекції реагують лише на високі дози антибіотиків, що може спричинити побічні ефекти. Включення фагів у комбіноване лікування може дозволити лікарям зменшити необхідну дозу антибіотика.

Джерело:

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/11/201103104746.htm