У своєму недавньому дослідженні, опублікованому в Science, д-р Ленінг Зенг і д-р Джуні Ченг, обидва з Техаського коледжу сільського господарства та природничих наук Техаського коледжу біохімії та біофізики, докладно описують точний механізм, за допомогою якого фаги "вимикають" бактерії. Разом команда працювала над поясненням низки взаємодій, які вчені намагалися зрозуміти з початку 1970-х років.
Pseudomonas aeruginosa — це тип бактерій, які можуть спричиняти інфекції в крові, легенях і іноді в інших частинах тіла. Ці інфекції особливо поширені в медичних закладах, де часто трапляються бактерії, стійкі до ліків. За даними Центрів із контролю та профілактики захворювань, у 2017 році серед госпіталізованих пацієнтів було зареєстровано понад 30 000 випадків мультирезистентних інфекцій P. aeruginosa.
Одним із факторів, який дозволяє P. aeruginosa передавати один одному гени, стійкі до антимікробних препаратів, а також пересуватися та створювати складні для лікування структури, які називаються біоплівками, є придаток під назвою pilus, що з латинської означає "спис". Ці циліндричні структури відходять від поверхні бактерій. Деякі фаги використовують бактеріальні списи, прикріплюючись до них і дозволяючи бактеріям намотати фаг на поверхню, де фаг може почати інфікувати бактерії.
У своєму дослідженні вчені крок за кроком вивчали цей процес за допомогою флуоресцентної та кріогенно-електронної мікроскопій, обчислювального моделювання. Вони спостерігали, як фаг під назвою PP7 інфікує P. aeruginosa, прикріплюючись до ворсинки, яка потім втягується і витягує фаг на поверхню бактерії. У точці входу для вірусу ворсинка згинається і відривається, а її втрата робить P. aeruginosa набагато менш здатною інфікувати власного господаря.
Ця робота є продовженням попереднього дослідження, опублікованого в 2020 році, коли команда Зенга знайшла фаг, який подібним чином може розривати ворсинки кишкової палички, запобігаючи обміну генами бактерій між собою — спосіб поширення стійкості до антибіотиків.
Нове дослідження є частиною нещодавнього набору досліджень команди. Вони також опублікували результати в Nature Communications про взаємодію між іншим родом бактерій, Acinetobacter, і фагом, який їх інфікує. Інше дослідження, яке, як очікується, буде уже скоро, охопить третій рід бактерій і додаткові фаги.
Прогрес команди у визначенні точних білкових структур і молекулярних взаємодій став можливим завдяки новому кріоелектронному мікроскопу AgriLife Research, який може розрізняти структури на атомному рівні.
«У нашому попередньому дослідженні E. coli ми не дуже досліджували механізм», — сказав Зенг. «У нашому дослідженні P. aeruginosa ми змогли пояснити набагато більше, що саме відбувається, включно з силою та швидкістю відшарування ворсинки, і зрозуміти, чому і як це відбувається».
Наслідки цього дослідження, що триває, можуть виявитися важливими для лікування антимікробних інфекцій. Ченг сказав, що лікарям не потрібно буде використовувати фаги для знищення бактерій, як це відбувається під час фаготерапії, а можна просто дозволити вірусам знешкодити бактерії, що може дати імунній системі можливість боротися з інфекцією самостійно або дозволити лікарям лікувати пацієнтів меншими дозами антибіотиків.
«Якщо ви просто вбиваєте бактерії, ви їх руйнуєте, і вони збираються вивільнити токсичний матеріал у господаря», — сказав Ченг. «Наш підхід полягає у використанні певного типу фага, який обеззброює бактерії. Ми позбавляємо їх здатності обмінюватися генами стійкості до ліків або пересуватися, відриваючи цей відросток».
«Ми використовуємо синергетичний підхід», — сказав Ченг. «Ми намагаємося зрозуміти універсальний механізм цього типу фагів і те, як вони здатні впливати на інші типи бактерій. Це загальна мета наших спільних зусиль: спробувати впоратися з проблемою бактерій, стійких до багатьох лікарських засобів».