Характеристика бактериофагов открывает новые возможности для их рационального проектирования

от

Бактериофаги могут оказать огромное глобальное влияние в таких областях, как медицина, сельское хозяйство и аквакультура. Как вирусы, нацеленные исключительно на бактериальные клетки, они обещают стать альтернативой антибиотикам, решая растущую проблему антибиотикорезистентности. Однако из-за своих размеров, сложности и условий роста изучение фагов затруднено, что ограничивает прогресс в этой области.

В журнале Science Advances исследователи из Института науки и технологий Окинавы (OIST) и Университета Отаго [описали бактериофаг Bas63](https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adx0790) с беспрецедентной детализацией, что способствует новому пониманию механизмов функционирования этих вирусов.

Профессор Матиас Вольф, руководитель группы молекулярной криоэлектронной микроскопии в OIST, говорит: «Очень немногие фаги были описаны с таким уровнем молекулярной детализации. Предоставляя новые структурные и биологические данные, мы можем сделать рациональное проектирование фагов и изменить подходы к лечению болезней».

Бактериофаги — одни из самых распространённых биологических объектов на Земле, впервые обнаруженные в 1910-х годах. Их потенциал в борьбе с бактериальными инфекциями был признан довольно рано. Однако до сих пор область фаготерапии остаётся в значительной степени недоразвитой. Это связано с открытием и разработкой антибиотиков, которые гораздо проще производить и применять, чем фаги.

Сейчас, когда проблемы антибиотикорезистентности становятся всё более актуальными, идёт новая волна исследований фагов. Но для стимулирования инноваций необходимы качественные данные. Поэтому исследователи выбрали для характеристики Bas63 из коллекции BASEL, которая предоставляет геномные и фенотипические данные более чем о 100 бактериофагах, инфицирующих E. coli.

Профессор Михня Бостина из Университета Отаго и приглашённый учёный в OIST отмечает: «Bas63 имеет один из самых уникальных геномов и структур в своём подсемействе, основываясь на простой микроскопии с низким разрешением. Это сделало его основной мишенью для структурных исследований с высоким разрешением».

Используя криогенную электронную микроскопию (крио-ЭМ), они составили полную структуру Bas63 с высоким разрешением, применив уникальную технику панорамной микроскопии, которая «проходит» по структуре и сдвигает фокус реконструкции на каждом шаге.

Объединив информацию об аминокислотных последовательностях с данными электронной микроскопии, они смогли определить полную трёхмерную структуру бактериофага, определив все важные структурные белки Bas63 в мельчайших деталях.

Среди их многочисленных открытий они описывают уникальные белки-декорации на основном теле капсида, а также редкую структуру «усов» и воротника, соединяющую головку фага с хвостом.

Сравнивая белки других бактериофагов в подсемействе, они также определили целевые области для проектирования и разработки фагов.

Профессор Бостина объясняет: «Значительные различия в последовательностях были обнаружены в белках хвостовых волокон бактериофагов. Это может указывать на то, что они играют специфическую роль в распознавании бактериальных хозяев, поэтому могут быть важными целями для разработки фагов при проектировании для обеспечения специфичности».

Исследователи надеются, что их работа вдохновит будущие исследования бактериофагов в различных областях. «Помимо медицины, бактериальные патогены могут поражать сельскохозяйственные культуры и домашний скот. Такие отрасли, как очистка воды, пищевая промышленность и производство энергии, также часто сталкиваются с бактериальными биоплёнками», — подчёркивает профессор Вольф.

«Помимо научных приложений, подробная трёхмерная информация может быть полезна при проектировании и анимации, поэтому художники, разработчики и преподаватели могут найти творческое вдохновение в наших данных», — заключают исследователи.

Предоставлено Институтом науки и технологий Окинавы

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте