Зараз дослідники розкривають секрети рідкісного типу бактеріофага, відомого як гігантський фаг, який може містити ключ до розробки нових потужних антибіотиків.

Гіганські фаги набагато більші за звичайні фаги та використовують складну стратегію для захисту. Ця стратегія передбачає унікальний білковий щит, який запобігає втручанню захисту бактерій у їхню здатність до розмноження.

Глибше розуміння того, як працює цей щит, може призвести до прориву в медицині, особливо в умовах, коли стійкість до антибіотиків продовжує зростати.

Захисний щит гігантських фагів

Одним із найцікавіших відкриттів про гігантські фаги є їх здатність створювати білковий щит всередині заражених бактерій. Цей щит утворює обмежений простір, де фаг може безпечно копіювати свою ДНК, запобігаючи атаці захисних механізмів бактерій.

У Каліфорнійському університеті в Сан-Франциско дослідники уважно вивчали цей процес. Вони виявили, що щит функціонує через низку молекулярних взаємодій, які вони називають «таємними рукостисканнями». Ці взаємодії дозволяють лише певним білкам проникати в захищену зону, тоді як інші блокуються.

«Це зовсім не те, що ми очікували побачити. Це напрочуд складна річ для фага», – сказав доктор Джозеф Бонді-Деномі, доцент кафедри мікробіології та імунології Каліфорнійського університету в Сан-Франциско.

Повторне відкриття фагової терапії

Великі фаги не є новим відкриттям, але їх складність виявилася лише нещодавно. Вчені почали вивчати їх на початку 1980-х років, але лише в 2017 році дослідники з UCSF і UC San Diego визначили гнучкий білок, який утворює захисний щит.

У 2020 році доктор Бонді-Деномі та його команда продемонстрували, що цей щит перешкоджає захисту бактерій атакувати ДНК фага. Це відкриття стало великим кроком до розуміння того, як діють ці віруси.

Аспірантка Клер Коконтіс, яка працювала з доктором Бонді-Деномі, підозрювала, що щит може дати величезним фагам перевагу над звичайними фагами в медицині. Щоб перевірити цю ідею, дослідники вирішили визначити, як щит розпізнає, які білки впустити всередину.

Їхня робота виявила несподівану систему взаємодії між білками, що виробляються фагом. Ці взаємодії гарантують, що лише правильні білки можуть потрапити в захищений простір, що дає фагу значну перевагу у виживанні.

Таємне рукостискання великих фагів

У центрі цього відкриття перебуває білок-фаг під назвою Importer1 або Imp1. Дослідники виявили, що для того, щоб будь-який білок потрапив у захищений простір, він повинен спочатку взаємодіяти з Imp1.

Подальші дослідження виявили додаткові білки-імпортери, які допомагають Imp1 переносити зовнішні білки через щит. Процес дуже вибірковий. Якщо білок взаємодіє з Imp1 належним чином, він допускається всередину. В іншому випадку його пропускають.

«Це як таємне рукостискання між двома друзями. Ті, хто правильно потиснув руку, отримують ОК, а інші викидаються», — сказав доктор Бонді-Деномі.

Щоб зрозуміти ці рукостискання на молекулярному рівні, Коконтіс відобразила поверхню білка Imp1. Результати показали, що кожен білок фага, допущений всередину захищеної зони, по-різному взаємодіє з Imp1.

Один білок може торкатися еквівалента великого пальця, тоді як інший з’єднується з пальцем. Ця різноманітність взаємодій гарантує, що лише правильні білки пропускаються, роблячи щит ефективним бар’єром проти бактеріального захисту.

Фаготерапія та антибіотикорезистентність

Дослідники проводили свої експерименти з використанням бактерії Pseudomonas, яка сумно відома своєю стійкістю до більшості антибіотиків. Результати показують, що розуміння молекулярних рукостискань щита може допомогти вченим удосконалити старий метод під назвою фагова терапія.

Фаготерапія передбачає використання вірусів для лікування бактеріальних інфекцій. Коли людина інфікована бактеріями, стійкими до антибіотиків, фаги можуть бути введені для атаки та знищення бактерій. Проте бактерії швидко еволюціонують, розвиваючи нові засоби захисту як від антибіотиків, так і від фагів.

Якщо бактерії знайдуть спосіб обійти захисний щит фага, вони можуть знищити фага до того, як він зможе розмножуватися. Розуміючи, як працюють секретні рукостискання щита, вчені можуть створити фаги, які залишаються ефективними, навіть коли бактерії розвивають нові захисні механізми.

Інженерні віруси для медичного використання

Лабораторія доктора Бонді-Деномі вже вжила заходів для модифікації цих фагів за допомогою технології CRISPR. Здійснюючи точні генетичні зміни, вчені можуть зміцнити щит, гарантуючи, що фаги зможуть протистояти бактеріальним контратакам.

Окрім стійкості до антибіотиків, учені досліджують, чи можна модифікувати величезні фаги для виробництва ліків або боротьби з інфекціями, пов’язаними з раком. Їхня здатність вибірково націлюватися на бактерії, залишаючись нешкідливими для людських клітин, робить їх привабливими для застосування в медицині.

«Ми лише на початковому етапі реалізації всього цього потенціалу», — сказала Коконтіс. «Отримавши базову науку про те, як працюють ці фаги, ми закладаємо основу для їх адаптації для боротьби з хворобами».

Нова ера вірусної медицини

Великі фаги десятиліттями залишалися в тіні наукових досліджень, але їхні секрети нарешті розкрито.

Їхня складна система екранування та селективні механізми транспортування білка відрізняють їх від звичайних фагів. Оскільки стійкість до антибіотиків продовжує загрожувати глобальному здоров’ю, ці унікальні віруси можуть дати нову надію.

Розуміння їхньої біології може відкрити двері для революційних методів лікування, відновити фаготерапію та запропонувати рішення там, де антибіотики не працюють. Зараз вчені перебувають на старті використання природних механізмів для боротьби з хворобами, перетворюючи одного з найбільших хижаків бактерій на потужного союзника.

Джерело: https://www.earth.com/news/viruses-that-love-to-kill-bacteria-could-help-fight-deadly-infections/