Исследования команды доктора жил. Рафала Мостового были опубликованы в «Nature Communications». Об этом представители Ягеллонского университета сообщили в пресс-релизе, отправленном в PAP.
У бактерий есть и свои инфекционные заболевания, точнее, вирусные инфекции. Бактериофаги – так называют бактериальные возбудители – инфицируют бактериальные клетки, что часто заканчивается гибелью бактерий. Интересно, что эти бактериальные вирусы-убийцы открывают огромные возможности для человечества. Устойчивость к лекарствам была огромной проблемой на протяжении нескольких десятилетий.
Бактериальные штаммы, устойчивые ко многим, а иногда и ко всем известным антибиотикам, представляют собой растущую проблему в больницах и за их пределами. По оценкам, при сохранении тенденции антибиотикорезистентности через 30 лет число смертей, вызванных заражением антибиотикорезистентными микроорганизмами, может достичь 10 миллионов. Не имея возможности справиться с производством новых антибиотиков, человечество годами ищет новые решения, в том числе бактериофаги.
Итак, можем ли мы эффективно использовать бактериофаги в медицине? Здесь у науки есть плохие и хорошие новости.
Плохая новость заключается в том, что бактерии и бактериофаги участвуют в эволюционной гонке вооружений уже миллиарды лет: она началась задолго до того, как на Земле появились первые животные клетки. Этот миллиарды лет опыта заставил бактерии выработать собственную иммунную систему, которая позволяет им эффективно защищаться от бактериофагов.
Хорошая новость, однако, заключается в том, что бактериофаги все еще могут быстро меняться и обходить бактериальный иммунитет. Проблема, однако, в том, что мы не до конца понимаем, как это делается. «Чтобы раскрыть терапевтический потенциал бактериофагов, нам необходимо лучше понять, как они адаптируются к быстро развивающимся бактериальным клеткам», — читаем мы в пресс-релизе.
Новое исследование ученых из Ягеллонского университета предполагает нечто удивительное: бактериальные вирусы невероятно генетически пластичны.
Каждый живой организм содержит генетический материал (геном), который состоит из множества генов. Гены кодируют информацию о различных особенностях человека, например, о цвете глаз или кожи.
Ученые использовали современные инструменты биоинформатики для чуткого и точного сравнения сотен тысяч генов бактериальных вирусов. Когда они проанализировали данные, они увидели нечто удивительное: многие из разных генов имели общие фрагменты друг с другом.
«Наши исследования показывают, что гены бактериофагов часто состоят из отдельных фрагментов, способных развиваться независимо и объединяться в различные комбинации. Это можно сравнить с карточной игрой, где вместо стандартного набора из 52 карт в нашем распоряжении имеются их фрагменты. Эти фрагменты затем можно перемешать в сотни уникальных комбинаций, создавая совершенно новые «карты». Благодаря этому некоторые гены генетически более «пластичны», чем другие, и поэтому обладают способностью быстро адаптироваться к быстро развивающимся бактериям», — говорит руководитель исследования доктор Хаб. Рафал Мостовой из Малопольского центра биотехнологии Ягеллонского университета, цитируется в пресс-релизе его университета.
Исследования показывают, что наиболее пластичными генами бактериофагов являются те, которые кодируют специальные белки, борющиеся с бактериями. Эти белки играют ключевую роль в разработке новых методов лечения, в которых бактериофаги используются для борьбы с бактериальными инфекциями.
Примерами таких белков являются «хвосты фага», которые могут распознавать определенные штаммы бактерий, или эндолизины, которые разрушают некоторые бактериальные клетки, разрушая определенный тип клеточной стенки. Эти открытия открывают новые возможности в разработке прецизионной антибактериальной терапии, направленной против вредных бактерий и защищающей те, которые полезны для нас.
Результаты исследования, как мы читаем в объявлении Ягеллонского университета, также представляют наше понимание эволюции в новом свете.
«До сих пор считалось, что гены являются фундаментальной единицей наследственности и эволюционного процесса. Наше исследование добавляет еще один уровень сложности к этой теме, показывая, что иногда не столько гены, сколько их фрагменты можно воспринимать как более базовые единицы эволюции», — говорит доктор Богна Смуг из Малопольского центра биотехнологии Ягеллонский университет, автор публикации.
Проведенные исследования также применимы к разработке новых антибактериальных методов лечения.
«Бактериофаги очень разборчивы в отношении бактерий и заражают только определенные штаммы бактерий. Таким образом, огромной проблемой в терапевтическом использовании бактериофагов против устойчивых к лекарствам бактерий является их правильное сопоставление. Наше исследование указывает на революционную возможность разработки этого типа терапии. Это все равно, что сравнивать антикварную мебель со складной мебелью шведской сети. В случае модульных комплектов мебель и ее функционирование можно изменить в мгновение ока, а неподходящий или сломавшийся предмет можно быстро заменить на новый. Аналогичным образом, антибактериальная терапия может быть основана на сборке новых фрагментов белка, соответствующих данному штамму, устойчивому к лекарствам», — добавляет доктор Смаг.
Исследование финансировалось совместно NAWA, NCN и EMBO.
Наука в Польше
лт/агт/
