Обнаружены новые бактериальные токсины для борьбы с инфекциями

Исследователи обнаружили новую группу бактериальных токсинов, способных убивать вредные бактерии и грибы, что открывает путь к потенциально новым методам лечения инфекций. Эти токсины, обнаруженные в более чем 100 000 микробных геномов, могут разрушать клетки бактерий и грибов, не нанося вреда другим организмам.

Исследование, опубликованное в Nature Microbiology, раскрыло, как некоторые бактерии используют эти токсины для конкуренции с другими микробами. Результаты могут привести к новым способам борьбы с инфекциями, особенно в условиях растущей проблемы антибиотикорезистентности.

Работа, проведённая под руководством исследователей из Еврейского университета (д-р Асаф Леви, д-р Нета Шлезингер, д-р Нетанель Царум) в сотрудничестве с учёными из Института Вейцмана и Университета Хоэнхайма, выявила новый арсенал бактериальных токсинов с потенциалом для борьбы с инфекционными заболеваниями человека и растений.

Эти токсины, закодированные в геномах определённых бактерий, проявляют мощные антибактериальные и противогрибковые свойства, предлагая новые возможности для клинического и биотехнологического применения.

Команда д-ра Леви разработала инновационный вычислительный подход для идентификации ранее неизвестных токсичных белковых доменов (длиной 100–150 аминокислот) в более чем 105 000 микробных геномов. Эти белковые токсины, называемые полиморфными, играют ключевую роль в микробной войне, нацеливаясь на конкурирующие микроорганизмы в различных экосистемах.

Исследователи успешно подтвердили активность девяти вновь обнаруженных токсинов, каждый из которых представляет большое эволюционно консервативное семейство. Показана их способность вызывать гибель клеток как Escherichia coli, так и Saccharomyces cerevisiae при экспрессии в этих модельных организмах. Особо отмечено, что были идентифицированы пять генов антитоксинов (также известных как гены иммунитета), которые защищают бактерии, производящие токсины, от самоуничтожения.

Токсины проявляют мощную противогрибковую активность против ряда патогенных грибов, при этом не затрагивая некоторые виды беспозвоночных и макрофаги. Экспериментальные результаты показывают, что эти токсины действуют главным образом как эффективные ферменты, нацеленные на важные клеточные процессы, такие как клеточная мембрана, ДНК или деление клетки. Структурный анализ двух комплексов «токсин-иммунный белок» подтвердил, что некоторые из этих токсинов обладают ДНКазной активностью, способной разрушать ДНК в клетках-мишенях.

Структура показывает, что токсин положительно заряжен в сайте связывания ДНК для связывания с отрицательно заряженной ДНК, тогда как белок антитоксина отрицательно заряжен, чтобы предотвратить связывание токсина с целевой ДНК.

«Наши выводы расширяют понимание того, как бактерии используют токсины в конкуренции с другими микробами, и открывают захватывающие направления для будущих исследований столь необходимых противомикробных агентов против бактериальных и грибковых патогенов человека и растений», — сказал д-р Леви.

Это исследование не только углубляет знания о микробных токсинах, но и проливает свет на их потенциальное терапевтическое использование. Открытие может проложить путь к новым противомикробным стратегиям, особенно в условиях роста устойчивых к антибиотикам патогенов.