Вирус «Снежный человек» найден: новый фаг борется с бактериями, вызывающими болезнь легионеров

от

Исследователи из Университета Торонто впервые обнаружили вирус, поражающий Legionella pneumophila — бактерии, вызывающие болезнь легионеров.

Результаты, [опубликованные в Science Advances](https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adx9722), открывают возможности для использования бактериальных вирусов, также известных как бактериофаги или просто фаги, для лечения инфекций Legionella и проливают свет на то, как бактерии эволюционировали, чтобы вызывать заболевания.

Изоляция нового фага

Помимо выделения нового фага, названного LME-1, исследователи показали, что он может инфицировать Legionella pneumophila и подавлять рост бактерий в макрофагах человека — иммунных клетках, где эти бактерии обычно обитают.

Команда исследователей под руководством Александра Энсмингера, доцента кафедры биохимии и молекулярной генетики в Медицинском факультете Темерти Университета Торонто, и Бет Николсон, старшего научного сотрудника в его лаборатории, идентифицировала LME-1.

Энсмингер говорит: «В области изучения легионелл фаги искали 50 лет. Мы делали всё: искали в образцах воды, но всё это время один из них был у нас в морозилке. Нам просто нужно было понять, как его выявить как фаг».

Исследователи заинтересовались поиском фагов легионелл, когда обнаружили, что многие изоляты легионелл содержат активные системы CRISPR-Cas, которые являются бактериальными иммунными системами, защищающими от вирусов.

Открытие LME-1

Они обнаружили, что эти системы CRISPR-Cas содержат записи о предыдущих встречах с неохарактеризованными фагами вместе с загадочным генетическим элементом, называемым LME-1.

LME-1 имел все генетические признаки фага — он содержал гены, которые напоминали структурные компоненты, необходимые для создания фага, — но предыдущие попытки команды Энсмингера и других исследовательских групп не смогли заставить LME-1 производить какие-либо фаги.

«Все стандартные инструменты для активации или выделения фага не работали», — говорит Энсмингер. «Момент озарения наступил, когда мы поняли, как активировать этот вирус».

Прорыв произошёл, когда Николсон попыталась использовать устойчивость к антибиотикам, чтобы побудить бактерии начать производить то, что она надеялась, будет фагами LME-1. Идея была вдохновлена данными Читонг Рао, бывшего аспиранта.

План сработал. Исследователи смогли обнаружить производство фаговых белков в бактериях, и они начали видеть под электронным микроскопом частицы вируса в форме лампочки.

«В некоторые моменты мне казалось, что мы ищем снежного человека или Лох-несское чудовище, потому что у нас были только размытые изображения чего-то похожего на фаг», — говорит Энсмингер, вспоминая их ранние попытки найти фаг, прежде чем они поняли, как индуцировать производство фагов.

Как только они смогли произвести большое количество фагов, исследователи сотрудничали с Сьюзан Ли и Джастином Деме из Национального института рака в США, чтобы получить первые в мире изображения легионеллы LME-1 с высоким разрешением, которые показали, что у неё есть икосаэдрическая голова, украшенная поверхностными белками, и короткий хвост.

Понимание устойчивости легионелл к инфекции LME-1

Чтобы лучше понять, как легионеллы сопротивляются инфекции LME-1, Николсон и тогдашний аспирант Хосе Санте искали клетки, которые были уязвимы для LME-1 в штамме, который обычно устойчив.

Они обнаружили, что в каждом случае восприимчивость была вызвана генетическими мутациями в гене lag1. Вместе со студентом магистратуры Элизабет Чейни они показали, что этот ген предотвращает прикрепление LME-1, модифицируя поверхность бактериальных клеток.

Предыдущие исследования показали, что lag1 также помогает бактериям уклоняться от уничтожения иммунной системой. Кроме того, 80% всех случаев болезни легионеров вызваны штаммами легионелл, которые содержат ген lag1. Несмотря на свою роль в заболевании, эволюционные силы, способствующие адаптации lag1, долгое время оставались загадкой.

Энсмингер считает, что в ходе эволюции легионеллы приобрели этот ген, чтобы защитить себя от фагов, случайно сделав бактерии более приспособленными к выживанию и вызыванию заболеваний у людей.

«Мы должны поблагодарить ранее неизвестный фаг за болезнь легионеров», — говорит он.

Николсон сейчас сосредоточена на создании «беззащитного» штамма бактерий для поиска других фагов, инфицирующих легионеллы, некоторые из которых могут стать хорошими кандидатами для использования в фаготерапии.

«Открытие первого фага для легионелл открывает двери для того, чтобы однажды мы смогли использовать фаги для контроля легионелл. Это всё ещё далеко, но, по крайней мере, теперь это возможно», — говорит она.

«Наше исследование также является предостережением о том, что при фаготерапии нам необходимо понимать отношения между фагами и бактериями, прежде чем мы будем их использовать, потому что в некоторых случаях устойчивость к фагу может сделать бактерии более опасными для человека», — говорит Энсмингер.

Предоставлено [Университетом Торонто](https://phys.org/partners/university-of-toronto/)

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте