Ученые раскрыли механизмы защиты профагов от атак бактериофагов в микобактериях
Бактериофаги (фаги) — это вирусы, заражающие бактериальные клетки. Хотя они безвредны для человеческих клеток, фаги потенциально смертельны для бактерий, так как многие из них проникают в клетку, чтобы захватить её механизмы для собственного размножения, что приводит к уничтожению клетки.
Это плохая новость для бактерий, но может быть хорошей для людей. Растет потребность в разработке новых методов лечения, эффективно атакующих смертоносные штаммы бактерий, ставшие устойчивыми к другим лекарствам. Фаготерапия, уже успешно применяемая в некоторых регионах, набирает популярность как более широкий способ борьбы с устойчивыми к антибиотикам бактериальными инфекциями.
Одна из проблем — вирус типа профаг. Фаг проникает в бактериальную клетку и, вместо её уничтожения, поселяется в ней. Такой профаг отражает попытки вторжения других вирусов. Многие бактериальные штаммы содержат профаги, которые могут обеспечивать системы защиты, что усложняет терапевтическое использование фагов. Чтобы уничтожить патоген, фагам, возможно, придется преодолеть защитные системы уже резидентного профага.
Группа под руководством профессора Васси Уэр из Университета Лихай исследовала фаг Butters (открытый в 2012 году), который атакует штамм бактерий, родственный микобактериям, вызывающим туберкулез.
Исследователи обнаружили двухкомпонентную систему генов профага Butters, которая кодирует белки, «сотрудничающие» для блокировки проникновения и последующего заражения некоторыми фагами, но не другими. Хотя профаг Butters не может защитить бактериальную клетку от всех атак фагов, ученые выяснили, что в его защитном арсенале присутствует более одной системы защиты. Эти «оружия» специфичны для разных типов фагов.
«Мы ожидали идентифицировать гены, участвующие в защите от нескольких фагов, но не ожидали обнаружить взаимодействия между двумя белками, которые влияют на то, как один из белков функционирует в защите», — говорит Васси Уэр.
Команда использовала мультидисциплинарный подход:
- Биоинформатика — для предсказания структурных особенностей белков и поиска генов Butters в базах данных.
- Молекулярная биология — для создания инженерных штаммов микобактерий, экспрессирующих гены фага.
- Микробиология — тесты на эффективность иммунитета для определения защиты от конкретных фагов.
- Микроскопия — визуализация локализации фаговых белков в клетках.
- Биохимия — определение вероятного физического взаимодействия белков.
Эти данные позволили построить модель того, как двухкомпонентная система профага Butters может функционировать для защиты от конкретной вирусной атаки.
«Разнообразие существующих систем защиты показывает, что усилия по созданию универсальных наборов фаговых коктейлей для фаготерапии, вероятно, будут более сложными», — отмечает Уэр.
Помимо развития фаготерапии, это открытие также может быть важно для инженерии фагоустойчивых бактерий, которые могут использоваться в пищевой промышленности и биотехнологии.