Бактерии — это вездесущие микроскопические организмы, способные к быстрому размножению. Полезные штаммы, такие как молочнокислые бактерии (МКБ), способствуют здоровью кишечника и сохранению продуктов питания. Однако патогенные бактерии, такие как кишечная палочка (Escherichia coli) и золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus), могут вызывать серьёзные инфекции. Эти вредные микробы производят токсины и ферменты, которые наносят вред здоровью и всё чаще демонстрируют устойчивость к традиционным антибиотикам.
Альтернативные подходы к борьбе с патогенными бактериями
В последние годы учёные исследовали альтернативные подходы к борьбе с патогенными бактериями. Среди них — эндолизины — ферменты, разрушающие клеточные стенки бактерий. Эти белки, часто полученные из бактериофагов или генетически модифицированных микробов, обладают специфичностью в борьбе с патогенами. Однако их широкое использование ограничено такими проблемами, как высокая стоимость производства, нестабильность при хранении или циркуляции и восприимчивость к ферментативной деградации.
Внеклеточные везикулы (ВВ) для борьбы с патогенами
Чтобы решить эту проблему, исследователи из Пусанского национального университета в Корее обратили внимание на внеклеточные везикулы (ВВ) — мембранные наночастицы, высвобождаемые клетками и переносящие биологически активные молекулы, такие как белки или нуклеиновые кислоты. Они создали ВВ, полученные из МКБ, для переноса эндолизинов, специфичных к патогенам, на своей поверхности.
Их результаты были опубликованы в Chemical Engineering Journal 15 мая 2025 года. Исследование описывает открытие и применение нового белка, проявляющегося на поверхности ВВ из Lacticaseibacillus paracasei.
Выводы исследования
В своём исследовании учёные сначала культивировали L. paracasei (LP) — штамм МКБ в лаборатории, а затем собрали ВВ с помощью высокоскоростного центрифугирования и методов выделения. Впоследствии фракцию белков, связанных с ВВ, подвергли всестороннему протеомному анализу. В ходе дальнейших экспериментов по картированию функций белков с использованием передовых инструментов биоинформатики команда идентифицировала 13 поверхностно-проявляющихся белков (SDP), связанных с ВВ, полученными из LP.
Профессор Ким объясняет значимость этого исследования: «До настоящего времени никакие SDP из ВВ видов МКБ не были охарактеризованы. Теперь наша группа впервые идентифицировала новый SDP, названный LP-SDP3, из внеклеточных везикул L. paracasei. Кроме того, мы обнаружили гомологичные белки SDP3 у E. coli и других штаммов МКБ, причём функция SDP сохраняется у этих видов».
Применение LP-SDP3
Вдохновлённые своими выводами, исследователи пошли ещё дальше и включили эндолйзин PlyF307SQ-8C, специфически нацеленный на бактерии S. aureus, в ВВ с LP-SDP3. Примечательно, что эти ВВ, демонстрирующие PlyF307SQ-8C через белок LP-SDP3, могут избирательно нацеливаться на и уничтожать S. aureus. Кроме того, эти генетически модифицированные ВВ были устойчивы к изменениям температуры и pH, не вызывали устойчивости к противомикробным препаратам и сохраняли аналогичный профиль безопасности по сравнению с очищенным эндолйзином PlyF307SQ-8C.
«Генетически модифицированные ВВ, полученные из МКБ, могут производиться в больших масштабах и снижают потребность в дорогостоящих технологиях очистки белков», — комментирует профессор Ким. «Через 5–10 лет эти исследования могут помочь изменить подход к лечению инфекций, сохранению продуктов питания и производству биологических терапий — перейдя от антибиотиков к безопасным, интеллектуальным и устойчивым биоинженерным альтернативам».
Вместе взятые, идентификация белка LP-SDP3 и его использование в разработке новой, безопасной и эффективной платформы на основе ВВ могут изменить ландшафт антибактериальной терапии.