Вирусы борются с устойчивыми к лекарствам инфекциями.

Эволюционная битва

Это эволюционная битва, бесконечное соревнование за выживание, которое длится миллионы лет. В этой эпической истории искусные персонажи — могущественные, но очень, очень маленькие — они микроскопические. Это битва бактерий против вирусов. (И в этой истории вирусы — на самом деле хорошие парни.)

Вирусы как потенциальные союзники

Во время пандемии COVID-19 мир столкнулся со страхом и обеспокоенностью по поводу распространения вирусных инфекций. Однако учёные из Калифорнийского университета в Сан-Диего рассматривают некоторые вирусы в новом свете — как потенциальных союзников в борьбе с растущей проблемой бактериальных инфекций.

Бактериофаги, которые буквально переводятся с греческого как «пожиратели бактерий», являются самыми распространёнными организмами на планете. Эти вирусы, или «фаги», комфортно живут в почве, воде, пищевых продуктах и даже внутри наших тел. И теперь, благодаря новым открытиям Калифорнийского университета в Сан-Диего, они могут стать решением проблемы устойчивых к лекарствам бактериальных инфекций.

История использования фагов

Использование фагов для лечения бактериальных инфекций имеет давнюю традицию. В годы, предшествовавшие Второй мировой войне, учёные оценивали различные виды фагов в медицинских целях. Но как только пенициллин стал коммерчески доступным в 1945 году, так называемый «Золотой век антибиотиков» остановил любые потенциальные разработки фаговой терапии.

Сегодня традиционные антибиотики становятся всё более неэффективными из-за быстрой эволюции и адаптации бактерий, с которыми эти лекарства борются. Устойчивые к лекарствам бактериальные инфекции привели к гибели примерно 1 миллиона человек каждый год с 1990 по 2021 год, и, по прогнозам, их число возрастёт в ближайшие годы, что приведёт к почти 40 миллионам смертей к 2050 году. Исследователи вновь обращаются к фаговой терапии как к многообещающему лечению.

Большие фаги: новые открытия

Предыдущие исследования были сосредоточены на небольших фагах как потенциальных целебных агентах. Однако учёные теперь изучают фаги, которые значительно крупнее. Детали о «гигантских фагах», диаметр которых составляет всего 1/500 диаметра человеческого волоса, но которые крупнее коронавируса, вызывающего заболевания у человека, до недавнего времени были в значительной степени загадкой.

Современные технологии визуализации, такие как крио-электронная микроскопия (крио-ЭМ) и крио-электронная томография (крио-ЭТ), позволяют исследователям из Калифорнийского университета в Сан-Диего углубляться в биологические функции гигантских фагов и раскрывать их ключевые особенности. Эти технологии используют метод мгновенного охлаждения образцов для замораживания молекул на месте и предоставляют новые сведения о ранее невиданных процессах.

Открытие защитных механизмов гигантских фагов

В 2022 году исследование, проведённое Джо Польяно и Элизабет Виллой, профессорами Школы биологических наук, и Кевином Корбеттом, профессором Медицинской школы, показало, что гигантские фаги имеют защищённый отсек, который функционирует аналогично ядру человеческих клеток. Отсек образован белком и защищает ключевой генетический материал вируса, необходимый для репликации и распространения внутри бактерий в процессе заражения.

Это открытие, по словам Виллы, «не похоже ни на что, виденное ранее в природе». (Исследователи назвали белок «чималлином» в честь древних щитов, которые использовали воины ацтеков, что привело к тому, что всё семейство фагов было названо хималливирусами.)

Недавно исследователи и коллеги из Калифорнийского университета в Беркли обнаружили, что хималливирусы также создают в бактериях скрытую структуру, которая служит своего рода маскировочным механизмом для сокрытия ценного материала ДНК фага, чтобы избежать срабатывания иммунной системы бактерий.

Будущее фаговой терапии

«Хималливирусы и их „странная биология“ открывают совершенно новую эру, которая, как мы думаем, расширит наши возможности по созданию новых терапевтических инструментов», — говорит Вилла, руководитель инициативы стоимостью 10 миллионов долларов в Медицинском институте Говарда Хьюза, направленной на раскрытие терапевтического потенциала гигантских фагов. Проект объединяет исследователей Калифорнийского университета в Сан-Диего с учёными из Института Крейга Вентера и Йельского университета.

Поиск оптимальных гигантских фагов для будущих методов лечения устойчивости к антибиотикам является ключом к борьбе с различными штаммами бактерий, включая синегнойную палочку, которая поражает пациентов в больницах и других медицинских учреждениях, а также стафилококковые и кишечные инфекции (стафилококк и кишечная палочка). Исследователи надеются создать фаги с генетическими нагрузками, которые могут доставлять терапевтические средства тем, кто страдает от бактериальных инфекций.

«Вы не можете просто взять любой фаг с полки и бросить его на любые бактерии, как мы это делали с пенициллином», — говорит Польяно. «Наша цель — создать дизайнерские фаги, которые имеют широкий спектр хозяев, чтобы они могли инфицировать большое количество штаммов бактерий».

Недавние открытия биологических функций фагов работают синхронно с Центром инновационных приложений и терапии фагов Калифорнийского университета в Сан-Диего — первым специализированным центром фаговой терапии в США, ориентированным на клиническое применение в лечении сложных бактериальных инфекций.

И так продолжается битва — но на этот раз вирусы могут стать ключом к нашему спасению и победе.

Источник