Ученые впервые «вручную» синтезировали бактериофаги с укороченным геномом, лизирующие различные штаммы Pseudomonas aeruginosa. Этот опыт может стать первым шагом к созданию новых антибактериальных средств

Бактериофаги сегодня рассматриваются как перспективные антимикробные агенты, особенно актуальные в связи с распространением устойчивых к антибиотикам штаммов патогенных бактерий. Для терапии антибиотикорезистентных инфекций применяют как природные, так и генетически модифицированные бактериофаги. А недавно ученым удалось синтезировать бактериофаг «с нуля».

Геномы бактериофагов небольшого размера, однако на сегодня известны функции далеко не всех фаговых генов. Не исключено, что последовательности с неизвестными функциями (а их до 80% генома!) могут создавать проблемы при использовании фагов у человека. Кроме того, они усложняют процесс генетической модификации фагов. Португальские ученые решили создать литический бактериофаг с минимальным геномом – содержащий только гены, необходимые для инфицирования конкретной бактерии-мишени и полного цикла репликации. Ранее подобный эксперимент проводился на прокариотах – ученые создали бактерию Mycoplasma mycoides с минимальным геномом.

Новый синтетический бактериофаг поражает синегнойную палочку Pseudomonas aeruginosa – бактерию, которая известна широким распространением устойчивых к антибиотикам штаммов. Лечение инфекций, вызванных синегнойной палочкой, - одна из приоритетных задач ВОЗ. Ученые взяли за основу бактериофаг, специфичный к Р. aeruginosa, выделенный из сточных вод (он получил название РЕ3). Из 28 полученных от пациентов образцов Р. aeruginosa, бактериофаг поражал 7. Геном фага PE3 был секвенирован: он содержал предположительно 55 кодирующих белки последовательностей.

Ученые вырезали из генома бактериофага PE3 несколько блоков генов, полученные конструкции размножили в клетках дрожжей, а затем перенесли в бактерию-хозяина P. aeruginosa, чтобы проверить, способна ли наследственная информация фага запустить программу сборки вирусных частиц. Опыт удался: в культурах бактерий образовались видимые фаговые бляшки – места, где вирус разрушил бактерии.

Дальнейшие эксперименты показали некоторые особенности синтетических фагов: не все синтетические бактериофаги смогли инфицировать те же штаммы синегнойной палочки, что и их природный предшественник; антибактериальная эффективность бактериофагов in vitro сохранилась на высоком уровне; in vivo в экспериментах на насекомых (большой восковой моли G. mellonella) синтетические бактериофаги, как и их природный предшественник, повышали выживаемость животнях, инфицированных P. aeruginosa.

Авторы работы полагают, что их подход к созданию синтетических фагов позволит в будущем быстро создавать литические бактериофаги против конкретных патогенных бактерий.

* Pires D.P., Monteiro R., Mil-Homens D. et al. Designing P. aeruginosa synthetic phages with reduced genomes. Sci Rep; 2021, 11:2164. https://doi.org/10.1038/s41598-021-81580-2