Гигантски вируси, наречени „Jumbo Phages“, могат да ни помогнат да се борим с антибиотичната резистентност

Бактериална клетка (червена), заразена от джъмбо фаг (зелен и син). (Pogliano Lab/UCSD)

Тъй като резистентните на антибиотици бактерии стават все по-трудни за победа, консултацията с онези, които са били в битка с нашия древен враг много преди нас, просто има много смисъл.

Вируси наречени бактериофаги се сблъскват с бактерии много преди да съществуваме. Затова изследователи от Калифорнийския университет в Сан Диего разгледаха по-отблизо някои от по-слабо проучените джъмбо фаги, по-специално 201phi2-1, който заразява Pseudomonas chlororaphis бактерии.

Наречени заради големите им геноми от над 200 000 базови двойки дълго (повечето фаги, които заразяват Pseudomonas иматгеноми под 100 000 базови двойки), джъмбо фагите имат арсенал от техники за противодействие на бактериалните защитни механизми. По-рано открити изследвания отглеждането на щит около неговия генетичен материал беше една от тези тактики, правейки жизнения цикъл на тези вируси уникален.

Крио-ЕМ представяне на джъмбо фага в сравнение с Т4 фаговия вирус. (Villa Lab/UCSD)

Отделянето на геномния материал от останалото клетъчно съдържание чрез обвиването му „преди се смяташе, че е еволюирало само веднъж в историята на живота“, пишат молекулярният биолог Томас Лафлин и колегите му в новата им хартия . Но се оказва, че тези малки гиганти ни изпревариха.

„Това е различен вид отделение – различно от всичко, което някога сме виждали в природата“, казва биофизикът Елизабет Вила.

Обикновено фагите инжектират своя генетичен материал в бактериите, където той се носи свободно във вътрешната слуз на клетката (цитоплазмата) като вирус отвлича оборудването на бактериите, за да се репликира. Но тези джъмбо фаги изграждат разделително отделение около своята ДНК скоро след като тя навлезе в своя гостоприемник, малко като как нашите клетки имат ядро, за да защитават нашата ДНК.

Това физически предотвратява на бактериите CRISPR „имунна система“ (да, това са същите системи, които ние, хората, сме кооптирали за целите на собствената си генна манипулация) и други защитни ензими от забъркване с вирусната ДНК.

Лафлин и техният екип използваха крио-електронна микроскопия и томография да изследваме това отделение до атомен мащаб. Защитната обвивка е изградена само от един вид протеин, който изследователите нарекоха chimallin, след древен ацтекски щит.

(Villa Lab/UCSD)

горе: Микроснимка на инфектирана с джъмбо фаг бактериална клетка (вляво) и подобно на ядро ​​отделение, очертано в синьо (вдясно).

С помощта на компютърно моделиране изследователите откриха, че ядрото на фага селективно позволява на молекулите да преминават през малки пори – отново подобно на начина, по който клетките контролират средата около нашия генетичен материал, което прави това забележителен пример за конвергентна еволюция – когато напълно несвързани организми в крайна сметка с подобно решение на същия биологичен проблем.

„Ядрената пора в еукариотите е гигантска, сложна структура с много отличителни начини за задържане на повечето протеини, но специфично за внасяне на други. Това, което вероятно разглеждаме с джъмбо фага, е драматично по-прост метод за решаване на същия проблем, обяснява биохимик Кевин Корбет. „Това е удивително креативно решение – подобно, но по-просто – за защита на неговия геном от външния свят чрез изграждане на стена, която да го отдели от бактериалната защита.“

Невероятно, но този щит може също да расте, докато геномът на фага се репликира. Изследователите все още не са съвсем сигурни как фагите се справят с това, но подозират, че отделението вероятно се отваря, за да позволи на повече хималинови единици да се присъединят към него, които се произвеждат в изобилие при инфекция.

„Сега, след като знаем, че някои фаги имат щит, можем да го дадем на други фаги и да направим „супер фаги“, които са по-добри в фаготерапия и преодоляване на бактериалната защита, казва клетъчният биолог Джо Полиано.

'Първата стъпка в този процес е разбирането на структурата на протеина chimallin, който изгражда щита, което е една от причините тази работа да е толкова важна.'

Фаготерапията вече се използвауспешно лекува пациенти със супербактериални инфекции. То е същосе разглеждат за персонализиране на нашите микробиомикогато излязат от строя.

С тези досадни щамове бактерии, които отказват да умрат, те сасе очаква да убива 10 милиона души годишно до 2050 г. Така че всякакви намеци, които можем да получим от врага на нашия враг, за да се защитим по-добре, не могат да дойдат достатъчно скоро.

Това изследване е публикувано в Природата .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.