Новый быстрый метод скрининга вирусных белков на антибиотические свойства
Поскольку эффективность обычных антибиотиков против эволюционирующих патогенов снижается, ученые стремятся использовать методы уничтожения бактерий, отточенные бактериофагами — вирусами, поражающими бактерии.
Одна из главных проблем — сложность изучения отдельных белков бактериофагов и определения того, как именно вирус использует эти инструменты для уничтожения бактерий-хозяев. Новое исследование из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) может помочь ускорить этот процесс.
«Мы разработали метод высокопроизводительного генетического скрининга, который может идентифицировать часть бактериальной клетки, на которую нацелено мощное оружие фагов — белки одно-генного лизиса», — сказал Вивек Муталик, соавтор исследования, опубликованного в Nature Chemical Biology.
Эти белки (single-gene lysis proteins, Sgls), также называемые «белковыми антибиотиками», ингибируют ключевые компоненты производства бактериальной клеточной стенки, что приводит к гибели клетки.
Бактериофаги чрезвычайно многочисленны, специфичны и эффективны. Предполагается, что для каждого известного штамма бактерий существует хотя бы один тип фага. Они безвредны для клеток, не являющихся бактериями, что делает их привлекательными в качестве лекарств.
Однако выделить отдельный фаг из окружающей среды, определить его бактерию-мишень и механизм действия сложно. Многие бактерии не культивируются в лаборатории, а для изучения фагов нужно заранее знать, какие бактерии культивировать.
Чтобы обойти эти препятствия, авторы использовали ранее разработанную технологию Dual-Barcoded Shotgun Expression Library Sequencing (Dub-seq). Она позволяет исследовать функцию неизвестных генов с помощью кодированной библиотеки фрагментов ДНК и может применяться к сложным образцам окружающей среды без необходимости культивирования.
В этом исследовании ученые использовали шесть Sgls от шести фагов, инфицирующих разные бактерии, и определили, на какую часть клеточной стенки или вспомогательных молекул нацелен каждый белок. В сотрудничестве с учеными из Техасского университета A&M они детально охарактеризовали функцию одного из Sgls.
Работа показала, что белки Sgls нацелены на пути построения клеточной стенки, которые возникли очень рано в эволюционной истории бактерий и до сих пор используются почти всеми бактериями (включая патогенные). Поскольку Sgls атакуют такие фундаментальные и повсеместные мишени, они могут убивать и другие бактерии, помимо целевого штамма фага, что подтверждает их большой потенциал в качестве антибиотиков.
«Фаги — невероятные новаторы в уничтожении бактерий. Мы очень рады открывать новые механизмы воздействия на бактериальные патогены, которые можно будет использовать в терапии», — сказал первый автор работы Бенджамин Адлер.
Теперь, оценив подход Dub-seq, команда может применить его к тысячам фагов, продуцирующих белки одно-генного лизиса, которые ожидают характеристики в собранных образцах из океана, почв и даже человеческого кишечника. Вдохновение для следующего прорывного лекарства может ждать именно там.