Рабочая платформа для дизайна вирусов

Исследователи ETH разработали технологическую платформу, позволяющую систематически модифицировать и настраивать бактериофаги. Это шаг к превращению фаговой терапии в мощный инструмент борьбы с опасными патогенами.

Бактериофаги (фаги) — это вирусы, атакующие и убивающие специфичные бактерии. Генетическая инженерия фагов, особенно для борьбы с грамположительными бактериями (например, Staphylococcus), оставалась сложной и трудоёмкой задачей из-за толстых клеточных стенок бактерий.

Конструирование фагов по заказу

Команда под руководством профессора Мартина Лёсснера представила в журнале PNAS новую платформу. Она позволяет систематически модифицировать геномы фагов, добавлять им дополнительные функции и реактивировать их в бактериальной «суррогатной» клетке — лишённой клеточной стенки форме Listeria (L-форма).

Эта «рабочая станция» позволяет очень быстро создавать такие вирусы с помощью модульного «набора инструментов» для различных целей.

«Раньше модифицировать геном бактериофага было практически невозможно», — говорит Лёсснер. Методы были неэффективны: нужный ген интегрировался лишь в крошечную долю фагов. «Теперь мы можем создавать эти вирусы с нуля, тестировать их за разумный срок и при необходимости снова модифицировать», — подчёркивает учёный.

Планирование фагов на компьютере

Специалист по молекулярной вирусологии Самуэль Килчер использовал методы синтетической биологии, чтобы спроектировать геном бактериофага in silico и собрать его in vitro из фрагментов ДНК. В геном внедрялись новые функции (например, ферменты для растворения бактериальной стенки) и удалялись нежелательные гены (например, отвечающие за интеграцию в бактериальный геном или выработку цитотоксинов).

Для реактивации фага из синтетической ДНК геном вводили в сферические L-формы бактерии Listeria. На основе генетической схемы эти клетки производили все компоненты нужного фага и обеспечивали правильную сборку вирусных частиц.

Исследователи обнаружили, что L-формы Listeria способны создавать не только свои специфичные фаги, но и фаги, атакующие другие бактерии. Таким образом, они подходят в качестве практически универсального инкубатора для бактериофагов.

Только вирулентные фаги пригодны

«Ключевое условие для использования эффективных синтетических бактериофагов — неспособность их генома интегрироваться в геном хозяина», — подчёркивает Килчер. Новая методика позволяет перепрограммировать такие интегративные фаги, делая их вновь интересными для антибактериального применения.

Исследователи не особенно обеспокоены потенциальной резистентностью к фагам. Даже если бактерия изменит поверхностные структуры, новая технология позволяет разработать подходящий фаг, к которому у бактерии ещё нет устойчивости.

Опасность непреднамеренного высвобождения также мала: бактериофаги (как природные, так и синтетические) крайне специфичны к хозяину и не могут долго существовать без него. Эта высокая специфичность также предотвращает переход фагов на нового хозяина. «Адаптация к поверхностной структуре другого хозяина в природе заняла бы очень много времени», — говорит Лёсснер.

Близко к практическому применению

Новая технология — большой шаг к применению синтетических бактериофагов в терапии, диагностике или пищевой промышленности. «Наш набор инструментов может помочь раскрыть потенциал фагов», — говорит Лёсснер. Исследователи подали заявку на патент и надеются найти лицензиатов для производства фагов для терапии и диагностики.