Завантаження...

Генетические модификации расширяют круг хозяев бактериофагов

 

Высокая специфичность бактериофагов в отношении бактерий-мишеней является их преимуществом перед антибиотиками (фаги не влияют на полезные бактерии в организме человека), но одновременно создает проблемы. Во-первых, фаги специфичные к определенному штамму возбудителя еще надо найти, а это требует времени и усилий, а во-вторых, часто для лечения той или иной инфекции приходится применять смеси из нескольких или многих фагов, чтобы точно «попасть» в имеющуюся мишень. Сейчас фаги для фаготерапии должны быть заранее выделены из природной среды и протестированы на специфичность, а их геном должен быть просеквенован, чтобы убедиться в безопасности фагов.

Исследователи из Института продуктов, питания и здоровья (IFNH) в Цюрихе (Швейцария) генетически перепрограммировали * фаги таким образом, чтобы те узнавали и атаковали более широкий круг бактериальных штаммов, чем их дикие предки.

У основания хвоста, на базальной пластинке, бактериофаги имеют специализированный белок, который узнает специфические рецепторы на клеточной стенке бактерии-мишени. С помощью рентгеноструктурного анализа ученые изучили пространственную структуру этого рецептор-связывающего белка фага, специфического против одного штамма бактерии Listeria monocytogenes (бактерии, часто является причиной пищевых отравлений). Затем, используя фрагменты рецептор-связывающих белков других фагов, они смоделировали новые функциональные молекулы, и путем генетической модификации создали синтетические фаги, которые распознавали и уничтожали широкий круг различных штаммов L. monocytogenes. Геномы этих фагов были идентичными за исключение гена рецептор-связывающего белка.

Коктейль из таких фаговых вариантов может быть использован для лечения пациентов - он может уничтожать большое количество различных штаммов листерий. Из синтетических фагов сделать такой коктейль гораздо легче, чем из природных, ведь они могут быть относительно легко адаптированы к конкретному возбудителю.

Исследователи отмечают, что их синтетические фаги можно использовать как зонды для поиска определенных молекулярных структур, а также выявления патогенных штаммов в смешанных бактериальных популяциях. Они планируют также создание синтетических фагов, способных уничтожать другие патогены, в первую очередь те, которые часто демонстрируют устойчивость к антибиотикам (Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae и Enterococcus species).

Генетически модифицированные фаги применялись в медицинской практике пока только один раз, у 15-летней пациентки с муковисцидозом после трансплантации легких, страдавшая тяжелой инфекцией, вызванной микобактериями. Тогда лечение было успешным, но технология требует дальнейших испытаний.

Еще один вариант адаптации специфичности фагов к клиническим потребностям недавно предложили исследователи из Массачусетского технологического института. Они вносили мутации в белок, из которого построены нити на конце отростка фага, и создали огромную библиотеку различных вариантов вируса, каждый из которых потенциально может распознавать рецепторы на поверхности различных штаммов E. coli.

* Dunne M., Rupf B, Tala M et al. Reprogramming Bacteriophage Host Range through Structure-Guided Design of Chimeric Receptor Binding Proteins // Cell Reports, 2019, 29(5): 1336-1350.E4. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.09.062