Ученые создали искусственный вирус для борьбы с супербактериями
Ученые из Национальной физической лаборатории (NPL) совместно с коллегами из Кембриджского, Эксетерского, Лондонского королевского и Университетского колледжей Лондона разработали механизм антибактериального действия для борьбы с персистирующими и резистентными инфекциями.
Вместо поиска антибиотиков в природе команда спроектировала синтетическое средство с нуля, вдохновившись вирусами. Максим Рябнов, руководитель направления в NPL, пояснил: «Вирусы — это геометрические объекты, похожие на твёрдые каркасы. Мы берём эту форму, удаляем вирусные белки и получаем шаблон».
Принцип действия
Исследователи использовали геометрические принципы архитектуры вируса для создания синтетического биологического агента — белкового Ψ-капсида. Он собирается из небольшого молекулярного мотива, найденного в человеческих клетках, который может распознавать патоген-ассоциированные молекулярные паттерны на поверхности бактерий.
- Сам по себе этот мотив обладает слабой антимикробной активностью.
- Каждый же капсид, состоящий из множества копий мотива, доставляет высокую дозу антимикробного агента в точное место связывания на бактериальной клетке.
Результаты и эффективность
С помощью наноразмерной и одноклеточной визуализации команда показала, что капсиды наносят бактериям необратимые повреждения:
- Быстро превращаются в нанопоры в их мембранах.
- Достигают внутриклеточных мишеней.
Капсиды были одинаково эффективны в любой из своих хиральных форм, что может делать их «невидимыми» для иммунной системы хозяина. Они уничтожали различные фенотипы бактерий и супербактерии, не проявляя цитотоксичности in vitro и in vivo.
В UCL учёные визуализировали, как капсиды прикрепляются к мишеням и создают нанометровые отверстия, летальные для бактерий. Катарин Хаммонд, научный сотрудник NPL и аспирант UCL, объяснила метод: «Сканируя острой иглой по поверхности мембраны, как миниатюрный палец читает шрифт Брайля, мы могли отслеживать контуры капсидов и в реальном времени наблюдать, как они проделывают дыры в мембранах-мишенях».
Значение исследования
Иболья Кепиро, старший научный сотрудник NPL, заявила: «Это исследование завершает наши совместные усилия по поиску антибактериального механизма, свободного от проблемы бактериальной персистенции. Мы считаем, что эти результаты открывают перспективы для системной оценки антимикробной эффективности».
Результаты, опубликованные в журнале ACS Nano, демонстрируют, как биоинженерия и мультимодальные измерения могут предлагать и подтверждать инновационные решения для здравоохранения, основанные на естественных защитных возможностях организма.