Меган Болдрідж разом із колегами використає грант Global Grant for Gut Health (GGGH), щоб дослідити, які саме білки людського організму взаємодіють із бактеріофагами в кишечнику, і як ці взаємодії можуть запускати запальні процеси у кишківнику.

Що спершу привернуло вашу увагу до вірусології?

Мене давно цікавили віруси, що інфікують людей, і те, як вони взаємодіють із бактеріями в нашому кишківнику. Під час післядокторської підготовки я почала досліджувати віруси, які викликають діарею після зараження людських клітин, наприклад, норовірус. Тоді мене зацікавила ідея, що мікробіота кишечника може як пригнічувати, так і сприяти вірусним інфекціям. Коли я створила власну незалежну наукову програму, я вирішила, що основним напрямком роботи моєї лабораторії стануть віруси, що мешкають у кишківнику, зокрема бактеріофаги.

Що таке бактеріофаги?

Бактеріофаги — це віруси, що заражають бактерії. Різні види мають різні життєві цикли. Деякі інфікують бактерію, реплікуються в ній і врешті-решт вбивають її. Інші вбудовуються в бактеріальний геном і таким чином впливають на діяльність бактерії. Оскільки ці віруси не заражають безпосередньо людські клітини, їхня взаємодія з людським організмом довгий час ігнорувалась. Проте ми переконані, що важливо зрозуміти не лише те, як фаги взаємодіють із кишковими бактеріями, а й те, як вони впливають на клітини кишківника людини.

Відомо, що бактеріофаги присутні в кишечнику людини, — і також відомо, що епітеліальні клітини (які вистеляють його зсередини) можуть як розпізнавати, так і захоплювати бактеріофаги. Цей процес може запускати запальні імунні реакції на певні фаги. Ми поки що не знаємо точно, як це відбувається і яку роль відіграє в здоров’ї чи хворобі.

Яку роль вони відіграють за наявності запальних захворювань кишківника (ЗЗК)?

Люди з такими захворюваннями переживають періоди ремісії й загострення, іноді дуже різкі й важкі. Існує припущення, що певні віруси чи інфекції можуть запускати запальні процеси та спалахи хвороби.

Попередні дослідження показали, що у людей із ЗЗК у тілі зазвичай більше різноманітних бактеріофагів, ніж у здорових людей. Це також співпадає зі зменшенням кількості бактеріальних видів, які підтримують здоров’я кишечника. Відомо, що фаги можуть прямо активувати запальні шляхи через цитокіни в людських клітинах, тобто самі викликати імунну реакцію й запалення. Тому вкрай важливо краще зрозуміти як прямий, так і непрямий вплив змінених фагових популяцій на кишківник людини, щоб з’ясувати, як саме вони сприяють розвитку ЗЗК.

Які цілі має ваш проєкт GGGH?

Нас цікавить, які саме людські чинники або білки беруть участь у розпізнаванні та захопленні фагів у кишечнику. Ми розробили нову CRISPR-бібліотеку скринінгу та маємо лінії людських кишкових епітеліальних клітин, які надекспресують набір відомих поверхневих молекул. Ми використаємо цю колекцію, щоб виявити кандидати-білки, які взаємодіють із фагами. Ми будемо працювати як з окремими бактеріофагами, так і з фаговими спільнотами, отриманими як від здорових людей, так і від пацієнтів із ЗЗК. Потім ми оберемо декілька клітинних поверхневих білків, які, на нашу думку, сприяють первинному захопленню різних фагів, і вивчимо їх детальніше.

У кращому випадку ми зможемо ідентифікувати людські білки, які беруть участь у захопленні фагів клітинами. Ми будемо змінювати їх експресію в клітинних лініях, щоб підтвердити їхню роль у фаговому зв’язуванні. Потім детально проаналізуємо, як саме ці білки взаємодіють із фагами.

Як працює ваша бібліотека CRISPR-скринінгу?

Це справді крута технологія. У кожній клітині цієї бібліотеки є активуючий фермент і гід-РНК, яка націлена на певну молекулу на клітинній поверхні. Така комбінація дозволяє надекспресувати саме цю молекулу на поверхні клітини. Потім ми застосовуємо флуоресцентне сортування клітин, щоб відібрати ті, які краще зв’язуються з фагами — це допомагає нам виявити, які саме поверхневі білки залучені у взаємодію з кожним конкретним фагом. Подальше секвенування дозволяє встановити, які саме білки беруть участь у зв’язуванні та захопленні фагів.

Оскільки ми можемо контролювати рівень експресії цих білків, ми можемо «вимикати» або «посилювати» їх, щоб з’ясувати, як це впливає на фагове зв’язування. Ми також зможемо оцінити, чи ці білки потрібні лише для первинного зв’язування, чи для повного процесу захоплення фагів. Далі ми дослідимо, які імунні шляхи активуються після такого зв’язування, щоб зрозуміти, як саме організм реагує на різні фагові популяції.

Яке практичне застосування можуть мати ваші результати?

Віруси та бактеріофаги, що мешкають у кишківнику, досі залишаються для науки чорною скринькою. Інтерес до фагових терапій зростає, але надзвичайно важливо спершу повністю зрозуміти, як ці віруси взаємодіють із людськими клітинами, перш ніж використовувати їх у лікуванні.

Ми сподіваємося, що цей проєкт дасть нові базові наукові знання, які сприятимуть подальшим дослідженням у сфері фаготерапії при ЗЗК та інших кишкових захворюваннях. Ідеальний результат — навчитися вчасно розпізнавати та зупиняти запальні процеси ще до того, як вони розгорнуться. Це могло б значно покращити якість життя пацієнтів.

Джерело: https://www.nature.com/articles/d42473-025-00142-6