Технология РНК «взламывает» репликацию фагов, открывая новые горизонты в изучении молекулярных взаимодействий

от

Бактериофаги, или просто фаги, — это вирусы, поражающие бактерии. Использование фагов в терапевтических целях может быть весьма полезным в борьбе с патогенами, устойчивыми к антибиотикам, однако молекулярные взаимодействия между фагами и бактериями-хозяевами пока недостаточно изучены.

Исследовательская группа Йорга Фогеля в Институте исследований инфекций на основе РНК (HIRI) и Институте молекулярной биологии инфекций (IMIB) в Вюрцбурге добилась успеха в специфическом вмешательстве в размножение фагов с помощью молекулярного инструмента, называемого антисмысловыми олигомерами (ASO).

Согласно исследователям, эта инновационная технология РНК открывает новые горизонты в понимании молекулярного мира фагов и, как ожидается, будет способствовать разработке будущих терапевтических применений. Исследование было опубликовано в журнале Nature.

Бактерии и фаги

Как и люди, бактерии вынуждены бороться с вирусами, известными как бактериофаги. Фаги проникают в бактерии, захватывают их клеточный механизм, размножаются и заставляют бактериальную клетку разрываться. Это высвобождает новые фаги, которые затем заражают другие бактерии. Фаги безвредны для человека, поскольку нацелены только на бактерии. Они также весьма избирательны: большинство фагов специализируются на заражении определённых бактерий-хозяев, включая бактериальные патогены.

«Атакуя и уничтожая патогены, фаги защищают наше здоровье как побочный эффект — своего рода тайная операция, если можно так выразиться. Использование их терапевтического потенциала, особенно на фоне растущей устойчивости к антибиотикам, могло бы изменить правила игры», — говорит Йорг Фогель, ведущий автор исследования.

Фогель является директором-основателем Института исследований инфекций на основе РНК (HIRI) в Вюрцбурге, подразделения Центра исследований инфекций им. Гельмгольца в Брауншвейге в сотрудничестве с Университетом Юлиуса-Максимилиана в Вюрцбурге (JMU). Он также возглавляет Институт молекулярной биологии инфекций (IMIB) на медицинском факультете JMU.

Исследование молекулярных взаимодействий

«Чтобы использовать фаги в терапевтических целях, нам нужно гораздо лучше понять молекулярное взаимодействие между фагами и бактериями-хозяевами», — говорит Милан Геровак, первый автор исследования. Геровак был постдоком в лаборатории Фогеля, а сейчас руководит младшей исследовательской группой «Комплексы в инфицированных фагами клетках» в HZI.

«Известно немного об этом. Одна из причин заключается в том, что фаги защищают свой генетический материал от клеточных систем защиты бактерий с помощью своеобразного защитного щита. К сожалению, этот щит также весьма эффективен против распространённых методов молекулярных исследований», — отмечает Геровак.

Чтобы расшифровать молекулярные взаимоотношения между фагами и хозяином, им нужен новый подход — и именно это исследователи HIRI сделали в своей текущей работе. С помощью инновационного молекулярного инструмента на основе РНК, известного как антисмысловые олигомеры (ASO), они смогли специфически вмешаться в цикл размножения фагов.

«ASO, введённые в бактериальную клетку, отключили синтез специфических белков фагов в ключевой точке», — объясняет Геровак. «Мы смогли, так сказать, «взломать» репликацию фагов с помощью ASO».

ASO могут быть синтезированы в лаборатории для точного связывания с определёнными участками матричной РНК (мРНК), которая передаёт информацию от генома к механизму синтеза белка. ASO действуют как препятствие на начальном этапе производства белка; мРНК больше не может быть прочитана, поэтому синтез белка не начинается. Антибактериальные ASO, также известные как программируемые антибиотики или асобиотики, уже некоторое время изучаются в лаборатории Фогеля.

«Поскольку известно, что ASO ингибируют синтез белка в бактериях, мы предположили, что они могут делать то же самое и с фагами. Это связано с тем, что фаги размножаются с помощью клеточного механизма бактерий-хозяев», — говорит Фогель. «И мы были абсолютно правы».

Используя технологию ASO, исследователи успешно предотвратили распространение фагов в различных парах фагов и бактерий, продемонстрировав, что подход широко применим. Их исследование было сосредоточено на гигантском фаге под названием ΦKZ, который потенциально может лечить опасные инфекции ран, дыхательных путей и лёгких, вызванные больничным микробом Pseudomonas aeruginosa.

«Гигантские фаги имеют очень большой геном», — объясняет Геровак. «С помощью ASO мы смогли систематически отключить синтез большого количества белков фагов. Используя этот метод нокдаун-скрининга, мы идентифицировали ранее неизвестные белки, играющие центральную роль в распространении фагов».

Исследователи надеются, что технология ASO будет широко использоваться в исследованиях фагов для лучшего понимания фундаментальных молекулярных механизмов фагов и продвижения разработки новых терапевтических подходов в борьбе с бактериальными патогенами.

Предоставлено Helmholtz Association of German Research Centres.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте