Получены детальные изображения структуры бактериофагов

Исследователи из Университета Питтсбурга создали самое детальное на сегодняшний день изображение бактериофага, позволившее впервые увидеть структуру той части фага, которая непосредственно прикрепляется к клетке-мишени Mycobacterium.

"Теперь у нас есть, своего рода, техническая спецификация для проектирования фагов, которые будут связываться с разными типами клеток", — говорит Грэм Хэтфулл, профессор биотехнологии.

Это важно из-за того, что делает фаг (разновидность вируса) после связывания с бактериальной клеткой: он прокалывает мембрану и вводит свою ДНК, превращая бактерию в фабрику по производству новых фагов.

В условиях роста антибиотикорезистентности фаги в некоторых случаях становятся единственным вариантом борьбы с бактериальными инфекциями. Однако они — разборчивые убийцы: конкретный фаг обычно атакует только один штамм бактерий. Возможность сконструировать фаг для поиска и уничтожения конкретной бактерии может изменить правила игры в медицине.

Исследование опубликовано в журнале Cell.

Сложность визуализации

Фаги состоят из капсида (головки), хвостовой трубки и кончика хвоста. Капсид, благодаря своим размерам и симметрии (состоит из 60 одинаковых частей), уже давно удавалось визуализировать с высоким разрешением с помощью крио-электронной микроскопии (крио-ЭМ).

Остальная часть фага значительно меньше и менее симметрична. Она представляет собой клубок переплетённых белков, напоминающий скульптуру из пружинок. Для её реконструкции потребовались десятки тысяч изображений фагов под разными углами и огромные вычислительные мощности.

Ключевое открытие: структура кончика хвоста

Главным достижением стала визуализация кончика хвоста — части, которая распознаёт и связывается с бактерией. Ранее эта структура была видна лишь как размытое пятно.

"Теперь можно показать каждую молекулярную компоненту в этой структуре. Это захватывающе", — отмечает Криста Фриман, научный сотрудник лаборатории Хэтфулла.

Оказалось, что кончик хвоста — это сложная сборка из 10 различных белков с бесчисленными взаимодействиями между ними, которые позволяют всей структуре выполнять сложную работу по поиску, связыванию и заражению бактерии-хозяина.

Динамика заражения

Дополнительную информацию предоставила крио-электронная томография (крио-ЭТ), выполненная коллегами из Scripps Research. Она показала фаги, связанные с бактериальной клеткой, в динамике.

На изображениях видна ДНК фага внутри капсида, а также её прохождение через клеточную стенку бактерии. Между этими этапами наблюдаются небольшие различия в структуре фага, которые могут указывать на механизм, запускающий выход ДНК из капсида или её транспорт через хвостовую трубку.

Будущее фаговой терапии

Эти детальные изображения открывают путь к целенаправленному инжинирингу фагов.

"Раньше у нас не было ни малейшего шанса. А теперь такая работа станет совершенно рутинной", — заключает Грэм Хэтфулл.

Исследователи по всему миру могут начать серьёзно работать над созданием фагов, способных распознавать различные бактерии.