Борьба с бактериальным ожогом и детекция сальмонеллы

Исследователи ETH создали эффективное оружие против бактериального ожога растений и новый метод обнаружения сальмонеллы. Оба подхода основаны на специфических вирусах, атакующих только один вид бактерий.

Бактериальный ожог (ожог плодовых деревьев), вызываемый бактерией Erwinia amylovora, — это опасное заболевание для садоводов. Оно поражает яблони, груши и другие растения семейства розоцветных, и зараженное дерево обычно приходится вырубать и сжигать.

Возбудитель трудно контролировать. В исключительных случаях фермеры могут использовать антибиотик стрептомицин, но даже он не предотвращает распространение патогена насекомыми-опылителями.

Использование врага врага

Новую стратегию контроля представили исследователи под руководством профессора ETH Мартина Лёсснера: они использовали бактериофаг Y2, который заражает исключительно возбудителя ожога, и снабдили его дополнительными генами. Это позволило создать высокоэффективное и специфичное оружие против бактерии Erwinia.

Нативная форма Y2 — естественный убийца Erwinia, но он не может адекватно проникнуть сквозь толстый слой слизи, защищающий бактерию. Эта углеводная слизь очень вязкая и закупоривает сосудистую систему растений, вызывая увядание цветов и листьев.

Однако это не мешает другому бактериофагу, L1, атаковать Erwinia. Этот вирус обладает особыми ферментами, которые эффективно растворяют слизь. Однако он не так эффективен в уничтожении возбудителя ожога.

Оснащение Y2 способностью растворять слизь

Встроив ген этого фермента от фага L1 в фаг Y2, исследователи создали генетически модифицированный вариант, сочетающий свойства обоих: он способен эффективно растворять слизистый слой и обладает высокой инфекционностью и летальностью для бактерии Erwinia.

Как только Y2 проникает в бактерию, он начинает массово размножаться. Он растворяет бактерию изнутри, высвобождаясь для атаки новых бактерий. Таким образом, ферменты, растворяющие слизь, в больших количествах попадают в окружающую среду, что ускоряет деградацию слизистого слоя на других бактериях и облегчает их заражение. Разрушительный процесс затем быстро прогрессирует.

«Оптимизированный бактериофаг оказался очень эффективным против возбудителя ожога не только в лаборатории, но и в зараженных цветках яблони», — говорит Лёсснер. Тесты проводились с зараженным растительным материалом в теплицах уровня безопасности. Полевые испытания не проводились: «Бактериальный ожог — одно из худших заболеваний растений; экспериментировать в полевых условиях нельзя», — подчеркивает Лёсснер.

Превращение вируса в сенсор

Исследователи не только создали бактериального убийцу, но и использовали другой ген для создания второго варианта Y2, который помогает обнаружить возбудителя ожога. Ген обеспечивает свечение бактерий при заражении бактериофагами. Этот свет легко измерить и использовать для специфичного обнаружения патогена.

Этот метод не только быстрый и надежный, но и очень чувствительный: «С помощью наших сенсорных фагов достаточно нескольких тысяч зараженных бактерий, чтобы напрямую обнаружить бактериальный ожог», — говорит Лёсснер. Предыдущие методы обнаружения были гораздо медленнее, менее чувствительны и иногда давали ложные результаты. Поскольку сенсорный фаг Y2 заражает только Erwinia, с новым анализом это не так.

Высокая специфичность как основа для обнаружения сальмонеллы

Лёсснер и его коллеги также использовали тот факт, что бактериофаги, как правило, очень специфичны к хозяину, другим способом: для обнаружения сальмонеллы. Во второй статье, также опубликованной в журнале Applied and Environmental Microbiology, они показали, как использовали синтетически произведенные компоненты бактериофагов для разработки универсального метода обнаружения сальмонеллы. Это означает, что можно обнаружить все 2500 известных подтипов; предыдущие методы, основанные на антителах, распознавали лишь часть этих вариантов и были медленнее.

Команда Лёсснера воспроизвела определенный компонент специфичного для сальмонеллы бактериофага S16. Этот компонент — вирусный хвостовой фибрилл — имеет сферический терминальный связывающий белок, который может прикрепляться к двум специфичным поверхностным структурам всех типов сальмонелл. Искусственный хвостовой фибрилл вместе со структурой распознавания был прикреплен к поверхности микроскопических магнитных шариков.

Это позволяет тестировать практически любые жидкости и образцы на наличие и количество сальмонеллы. Как только бактерии связываются с фибриллами на магнитных шариках, в тестовом контейнере образуется своего рода «ржавый» агрегат, который легко отделить с помощью внешнего магнита.