Команда разгадала загадку того, как фаги обезвреживают бактерии

Новое исследование, которое проясняет, как вирусы, заражающие бактерии, обезвреживают патогены, может привести к новым методам лечения бактериальных инфекций.

Бактериальные инфекции создают серьезные проблемы для сельского хозяйства и медицины, особенно в связи с тем, что число случаев появления бактерий, устойчивых к антибиотикам, продолжает расти.

В новом исследовании в НаукаЛаньин Цзэн, профессор, и Цзюньцзе Чжан, доцент, оба из Техасского колледжа сельского хозяйства и наук о жизни, кафедра биохимии и биофизики, и их коллеги подробно описывают точный механизм, с помощью которого фаги выводят из строя бактерии.

Вместе команда работала над объяснением ряда взаимодействий, которые ученые пытались понять с начала 1970-х годов.

Фаготерапия вместо лекарств?

синегнойная палочка Это тип бактерий, которые могут вызывать инфекции в крови, легких, а иногда и в других частях тела. Эти инфекции особенно распространены в медицинских учреждениях, где часто встречаются устойчивые к лекарствам бактерии. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, зарегистрировано более 30 000 случаев множественной лекарственной устойчивости. П. aeruginosa инфекций среди госпитализированных пациентов в 2017 году.

Распространенность устойчивых к антибиотикам Псевдомонада Инфекции делают их практическим объектом фаговой терапии — метода лечения с использованием бактериофагов или фагов, который исследователи из Техасского центра фаговых технологий A&M изучают в качестве альтернативы типичным лекарствам.

Цзэн и Чжан, содиректора центра, вместе с Джейсоном Гиллом, доцентом кафедры зоотехники, изучают полезность фагов, выходя даже за рамки фаготерапияпогружаясь в действующие структуры и механизмы.

Один из факторов, позволяющий П. aeruginosa Для передачи генов, устойчивых к противомикробным препаратам, друг другу, а также для перемещения и создания трудно поддающихся лечению структур, называемых биопленками, предназначен придаток, называемый пилусом, названный в честь латинского слова, обозначающего копье. Эти цилиндрические структуры простираются от поверхности бактерий.

Некоторые фаги используют бактериальные пили, прикрепляясь к ним и позволяя бактериям вытаскивать фаг на поверхность, где фаг может начать заражать бактерии.

Исследователи шаг за шагом изучали этот процесс с помощью флуоресцентной микроскопии, криогенной электронной микроскопии и компьютерного моделирования. Они наблюдали, как фаг под названием PP7 заражает П. aeruginosa прикрепляясь к пилусу, который затем втягивается и вытягивает фаг к поверхности клетки.

В месте проникновения вируса пилус изгибается и отламывается, а потеря пилуса приводит к П. aeruginosa гораздо менее способен заразить своего хозяина.

Дать иммунной системе шанс на борьбу

Данная работа является продолжением Предыдущее исследование опубликовано в 2020 году, когда команда Цзэна обнаружила фаг, который может аналогичным образом разрывать пили кишечная палочка клетки, не позволяя бактериям делиться генами друг с другом — распространенный способ распространения устойчивости к антибиотикам.

Новое исследование является частью недавнего набора исследований команды. В прошлом месяце они опубликовали результаты в Природные коммуникации о взаимодействии между другими родами бактерий, Ацинетобактери фаг, который его заражает. Другое исследование, которое, как ожидается, будет опубликовано в следующем месяце, будет охватывать третий род бактерий и дополнительные фаги.

Прогресс команды в определении точных структур белков и молекулярных взаимодействий стал возможен благодаря новому криоэлектронному микроскопу AgriLife Research, который открылся в Texas A&M в конце 2022 года и может распознавать структуры на атомном уровне.

«В нашем более раннем исследовании кишечная палочка«Мы особо не изучали этот механизм», — говорит Цзэн. «В нашем исследовании Псевдомонадамы смогли объяснить гораздо больше о том, что именно происходит, в том числе о силе и скорости отслоения пилуса, и понять, почему и как это происходит».

Результаты этого продолжающегося исследования могут оказаться важными при лечении противомикробных инфекций. Чжан говорит, что врачам не нужно будет использовать фаги для уничтожения бактерий (как это делается при фаготерапии), а можно просто позволить вирусам обезвредить бактерии, что может дать иммунной системе возможность бороться с инфекцией самостоятельно или дать возможность иммунной системе бороться с инфекцией самостоятельно. врачи лечить пациентов меньшими дозами антибиотиков.

«Если вы просто убьете бактерии, вы сломаете клетки, и они высвободят токсичный материал изнутри клетки в хозяина», — говорит Чжан. «Наш подход заключается в использовании определенного типа фага, который обезоруживает бактерии. Мы лишаем их способности обмениваться генами устойчивости к лекарствам или передвигаться, оторвав этот придаток».

Команда заявляет, что продолжит поиск подобных случаев, когда фаги ослабляют вирулентность патогенных бактерий.

«Мы применяем синергетический подход», — говорит Чжан. «Мы пытаемся понять универсальный механизм действия этого типа фага и то, как они способны влиять на другие типы бактерий. Это общая цель наших совместных усилий: попытаться решить проблему бактерий с множественной лекарственной устойчивостью».

Аспиранты Техасского университета A&M Джирапат Тонгчол и Зихао Ю являются ведущими авторами статьи. Дополнительные соавторы — из Техасского A&M, Принстонского университета и Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна.

Источник: Эшли Варго для Техасский университет A&M