Бактериофаги: альтернативное оружие против супербактерий
Фото: naked-science.ru
Фаготерапия — перспективное направление в медицине, но для её совершенствования критически важно глубже понять взаимодействие вирусов и бактерий. Учёные, получившие поддержку Российского научного фонда, сделали важный шаг в этом направлении.
Растущая устойчивость бактерий к антибиотикам, вызванная их неконтролируемым применением, превращает многие инфекции в серьезную угрозу, особенно для уязвимых групп. Новые антибиотики появляются редко. Здесь на помощь может прийти неожиданное решение: использование естественных врагов бактерий — бактериофагов. Это направление, фаготерапия, уже применяется на практике.
Эволюция защиты: иммунная система PARIS
Однако бактерии быстро эволюционируют, вырабатывая сложные механизмы противовирусной защиты. Изучение бактериального иммунитета ведется десятилетиями, но знания всё еще недостаточны для создания «вооруженных» фагов. В последние годы открыто около 150 таких систем.
Одна из них, PARIS, стала предметом детального изучения научной группы из Сколтеха. Эта система работает радикально: обнаружив вирус, бактерия уничтожает себя, чтобы остановить инфекцию. Ключевой механизм — разрушение собственных транспортных РНК (тРНК), жизненно важных для синтеза белка. Без них клетка погибает.
Вирусная контратака: стратегия "фальшивой" тРНК
Некоторые вирусы успешно обходят эту защиту. Они кодируют в своём геноме инструкции для синтеза «поддельных» тРНК. Эти молекулы функционально заменяют уничтоженные бактерией оригиналы, но при этом достаточно отличаются, чтобы не распознаваться иммунной системой PARIS. В результате зараженная клетка не самоуничтожается и продолжает поддерживать размножение вируса.
Не все бактериофаги несут гены тРНК. Количество может варьироваться: от полного отсутствия до замены единственной молекулы. Интересно, что отдельные вирусы кодируют до 24 подменных тРНК — почти полный набор, используемый, например, кишечной палочкой. Цель стольких "лишних" генов долго оставалась загадкой.
Прорыв Светланы Белухиной: новое понимание взаимодействий
«Наша работа позволила уточнить, как фаги взаимодействуют с иммунитетом PARIS, — рассказала первый автор исследования, аспирант Сколтеха Светлана Белухина. — Во-первых, мы обнаружили, что PARIS атакует не одну, а целых три разные тРНК, подобно некоторым токсинам. Во-вторых, подтвердили, что замена именно этих мишеней защищает вирус. И в-третьих, выяснили, что адаптация требует лишь нескольких мутаций: даже у схожих вирусных штаммов один может нести подменные тРНК для уклонения от PARIS, а другой — нет».
Экспериментальные подтверждения
Исследователи провели эксперимент на кишечной палочке, инфицировав её двумя родственными фагами (один с 24 тРНК, другой – с 13) и фагом без генов тРНК. Первый вирус показал устойчивость к PARIS. Второй стал устойчив при добавлении только одной из тРНК первого фага. Третьему для сопротивления иммунитету потребовалось искусственное введение подменных тРНК для всех трёх мишеней PARIS.
Увлекательные загадки для будущих открытий
Ученых ожидает еще одна интригующая загадка. Другой фаг того же семейства, несущий свои 24 уникальные тРНК, также устойчив к PARIS, однако его варианты молекул-мишеней почему-то не защищают другие уязвимые вирусы. Причины этой специфичности, а также то, как всего несколько тРНК-мутаций так сильно влияют на устойчивость к бактериальному иммунитету, станут предметом будущих исследований.
