Команда дослідників McMaster, яка працює з бактеріофагами, зробила чудове відкриття, готуючи слайди для перегляду під потужним мікроскопом. Після обробки зразків бактеріофагів для перегляду їх живими під електронним мікроскопом, дослідники з подивом виявили, що вони сформувалися в тривимірні форми, схожі на соняшники.

Сама природа виробила саме той тип структури, який експерти в цій галузі намагалися штучно створити протягом десятиліть. За словами дослідників, створення таких структур відкриває можливості для виявлення та лікування багатьох форм захворювань, усі з використанням природних матеріалів і процесів.

Їхні висновки детально описані в нещодавно опублікованій статті в журналі Advanced Functional Materials.

Відкриття унікальних вірусних форм

Початкове відкриття було щасливою випадковістю, яка випливає з повсякденної лабораторної роботи. Замість того, щоб піддавати зразки фагів типовим процесам підготовки, які включають температуру або розчинники, які вбивають віруси, провідний автор Лей Тянь та його колеги вирішили обробити їх вуглекислим газом під високим тиском. Тіан, нині головний дослідник Південно-Східного університету в Китаї, очолював дослідження, коли він був аспірантом, а потім постдокторським науковим співробітником у McMaster.

Хоча дослідники звикли бачити, як мікроскопічні віруси роблять дивовижні речі, після лікування вони були приголомшені, побачивши, що фаги згрупувалися разом у такі складні, природні та дуже корисні форми.

«Ми намагалися захистити структуру цього корисного вірусу», — каже Тіан. «Це була технічна проблема, яку ми намагалися подолати. Ми отримали цю дивовижну структуру, яку створила сама природа».

Вчені зробили зображення утворень за допомогою обладнання Канадського центру електронної мікроскопії, розташованого в McMaster, і витратили останні два роки, щоб відкрити процес і показати, як нові структури можуть служити дуже корисним цілям у науці та медицині.

Використання фагового потенціалу

За останні роки дослідники в лабораторії старшого автора Зейнаб Хоссейнідуст, інженера-хіміка та біомедицини, яка займає канадську науково-дослідну кафедру з біоінженерії бактеріофагів, зробили значний прогрес у дослідженні фагів, дозволивши спонукати корисні віруси з’єднуватися між собою, як живу мікроскопічну тканину та навіть утворювати гель, який видно неозброєним оком, відкриваючи нові перспективи для їх застосування – зокрема, для виявлення та боротьби з інфекцією.

Однак до останнього відкриття неможливо було надати матеріалу форму та глибину, яку він має зараз через зморшки, вершини та щілини квіткоподібних структур.

«Це насправді будівництво з природою», — говорить Хоссейнідуст. «Такі красиві зморшкуваті форми трапляються в природі всюди. Механічні, оптичні та біологічні властивості такого типу структур протягом десятиліть надихали інженерів створювати подібні структури штучно в надії отримати від них такі ж властивості».

Тепер, коли вони запустили таку трансформацію та успішно відтворили процес, дослідники дивуються колективній ефективності, яку досягають фаги, об’єднуючись і приймаючи такі форми, і вони досліджують способи використання тих самих властивостей.

Пористі, схожі на квіти фагові структури в 100 разів краще, ніж їхні незв’язані аналоги, у пошуку розсіяних, дифузних мішеней навіть у складних середовищах, цей факт автори змогли довести, змішавши їх із ДНК-зимами, створеними їхніми колегами з дослідження інфекційних захворювань, і використовуючи квіткоподібні утворення, щоб знайти низькі концентрації бактерій Legionella у воді з комерційних градирень.

Бактеріофаги знову з’являються як засоби для лікування багатьох форм інфекції, оскільки їх можна запрограмувати на конкретні бактерії, залишаючи інші в спокої. Робота в цій галузі припинилася після появи пеніциліну в середині минулого століття, але оскільки резистентність до антимікробних препаратів продовжує знижувати ефективність існуючих антибіотиків, інженери та вчені, включаючи дослідників McMaster, повертають свою увагу до фагів.

Відкриття процесу, який змушує їх з’єднуватися у форми квітів, може підвищити їхні вже вражаючі властивості як для пошуку та знищення цільових бактерій, так і для того, щоб служити будівельними лісами для інших корисних мікроорганізмів і матеріалів.

«Природа така могутня і така розумна. Як інженерів, наше завдання — вивчити, як це працює, щоб ми могли використовувати такі процеси та застосовувати їх», — говорить Хоссейнідуст.

«Можливості безмежні, тому що тепер ми можемо створювати структури, використовуючи біологічні будівельні блоки».