Бактериофаги могут предугадать местонахождение бактерий и уничтожить их до развития инфекции
Исследователи из Медицинского колледжа Бейлора и других учреждений обнаружили новую стратегию, позволяющую уничтожить бактерии в конкретном месте до того, как они вызовут инфекцию. Стратегия использует бактериофаг — вирус, заражающий и уничтожающий бактерии, — который может специфично локализоваться в том же месте желудочно-кишечного тракта, где обитают бактерии. Близость фага и бактерии облегчает атаку фага и последующую элиминацию бактерий.
Эта стратегия может стать прорывом в борьбе с устойчивыми к антибиотикам бактериями, обитающими в труднодоступных местах, например, в слизистом слое кишечника. Исследование опубликовано в журнале mBio.
В США фаговая терапия всё чаще становится доступным вариантом лечения инфекций, вызванных устойчивыми к антибиотикам бактериями. Такие бактерии, как ExPEC ST131, могут колонизировать кишечник человека, не вызывая болезни, но также способны покидать кишечник и заражать другие органы, приводя к 9 миллионам инфекций в год.
Поиск подходящего фага
Команда обнаружила, что в кишечнике млекопитающих присутствует фактор, препятствующий уничтожению бактерий фагами. Этим фактором оказались муцины — липкие белки, образующие слой между клетками кишечного эпителия и микроорганизмами.
Исследователи предположили, что хотя муцины мешают многим фагам заражать бактерии, некоторые из них могли эволюционировать, чтобы противостоять этому эффекту, и способны поражать бактерии в средах, богатых муцином.
В результате скрининга человеческих сточных вод и фекалий животных был обнаружен новый фаг ES17, который связывается с муцинами. Это свойство, по-видимому, усиливало его способность заражать бактерии в богатых муцином средах, таких как кишечник.
Дальнейшие исследования показали, что фаг ES17 связывается с молекулами гепарансульфата, которые содержатся не только в муцинах, но и на поверхности различных типов клеток, включая эпителиальные. Это же место связывания использует бактерия-хозяин фага — ExPEC.
Тесты на модели кишечника мыши показали, что только ES17 обладал уникальной способностью целенаправленно находить и уничтожать бактерии ExPEC, в отличие от других фагов.
Новая стратегия предотвращения бактериальных инфекций
Способность фага ES17 связываться с гепарансульфатом на богатых муцином поверхностях и непосредственно на эпителиальных клетках млекопитающих опосредует его локализацию в глубоких отделах кишечника, где могут находиться резервуары бактерий. Нахождение вблизи бактерий ExPEC облегчает вторжение фага и уничтожение бактерий до того, как они получат возможность покинуть кишечник и инфицировать другие органы.
Это первый случай, когда фаг также продемонстрировал способность связываться с эпителиальными клетками человека. Это свойство опосредует новый механизм борьбы с бактериальными инфекциями, который исследователи называют позиционным таргетированием, поскольку оно позволяет фагу предугадать, где будут находиться целевые бактерии.
В будущем позиционное таргетирование может стать принципом работы «умных» лекарств, которые будут действовать строго в нужном месте, а не распределяться по всему организму.