Następny fag

Drobne pasożyty bakteryjne mogą służyć jako modele leków skutecznych przeciwko bakteriom opornym na antybiotyki, zapewniając kolejną linię obrony przed zagrożeniem nieuleczalnymi chorobami.

Wirusy bakteryjne lub bakteriofagi wytwarzają białka, które uniemożliwiają bakteriom budowanie zewnętrznej ściany komórkowej, poinformowali naukowcy z Texas A&M University w wydaniu z 22 czerwca Nauka. To rozerwanie ściany komórkowej osłabia i ostatecznie zabija komórkę bakteryjną.

Odkrycie tego mechanizmu zabijania bakterii w najmniejszych wirusach jest kamieniem milowym w naszych poszukiwaniach antybiotyków, mówi dr Sankar Adhya, szef genetyki rozwojowej w National Cancer Institute w Bethesda, MD. Prostota mechanizmu sugeruje szybszą drogę do projektowania nowych antybiotyków, które mogą nadal skutecznie zwalczać oporność bakterii.

Mury upadają

Naukowcy od dawna wiedzą, że fagi o większych genomach wyłamują się z komórek bakteryjnych za pomocą enzymu endolizyny, który umożliwia im przedzieranie się przez ściany komórkowe. Pozostało jednak tajemnicą, w jaki sposób mniejsze wirusy, mające zaledwie 3 do 10 genów, mogły uciec od swoich gospodarzy.

Małym fagom brakuje maszynerii genetycznej potrzebnej do produkcji endolizyn, tak jak robią to duże, mówi Ryland Young, który kierował zespołem badawczym Texas A&M. Chcieliśmy wiedzieć, w jaki sposób wysadzali bakterie.

Grupa Younga przyjrzała się dwóm różnym fagom zamieszkującym bakterie E. coli: Q-beta i phi-X174. W obu sklonowali pojedynczy gen, o którym wiedzieli, że jest zaangażowany w wydostawanie się wirusa z gospodarza. Po wstrzyknięciu genu do żywej E. coli odkryli, że tylko kilku rzadkich mutantom udało się przeżyć.

Przy bliższym przyjrzeniu się odkryli, że wstrzyknięty gen został zmieniony w zmutowanej bakterii. To pozwoliło im dokładnie określić etap procesu syntezy ściany komórkowej, który hamował każdy fag.

Chociaż wirusy Q-beta i phi-X174 zamieszkiwały tego samego gospodarza, naukowcy odkryli, że każdy z nich wytwarza białko, które atakuje inny etap syntezy ściany komórkowej. Obecnie badają trzeciego wirusa, który może hamować kolejny etap rozwoju ściany komórkowej, mówi Young.

Projektowanie nowych antybiotyków

Różnorodność w sposobie, w jaki fagi wydostają się z gospodarzy, pokazuje, że istnieje wiele możliwości opracowania antybiotyków fagowych, mówi Graham Hatfull, mikrobiolog z University of Pittsburgh.

Fagowy DNA można by wykorzystać do produkcji antybiotyków białkowych, które atakowałyby syntezę ściany komórkowej bakterii na jednym z kilku etapów procesu. Ta wszechstronność, wyjaśnia Young, sprawiłaby, że antybiotyki łatwiej przystosowywałyby się do nowych szczepów bakterii.

Teoretycznie, gdy szczepy bakterii rozwijają oporność, manipulowanie kodem DNA w celu zaatakowania innego punktu w zbroi ściany komórkowej jest łatwiejszą i szybszą strategią niż próba zrewidowania złożonej chemii molekularnej syntetycznego antybiotyku.

Czy możesz sobie wyobrazić zrobienie czegoś z 47 atomami węgla i sześcioma różnymi pierścieniami? mówi Young. Zmiana istniejącego antybiotyku jest bardzo trudna i kosztowna.

Co więcej, ściana komórkowa bakterii jest odpowiednim celem dla antybiotyków, ponieważ komórki ludzkie nie mają zewnętrznej ściany, więc antybiotyki fagowe nie powinny mieć szkodliwych skutków ubocznych.

Jednak projektowanie antybiotyków, które atakują syntezę ściany komórkowej bakterii, jest nadal problematyczne, ponieważ ścieżka ta jest niemal uniwersalna u bakterii. Skuteczny antybiotyk może również zapobiegać tworzeniu się ścian komórkowych u pożytecznych bakterii, mówi Vince Fischetti, specjalista od fagów z Rockefeller University.

Inne fagi

Oprócz projektowania nowych antybiotyków naukowcy badają inne sposoby wykorzystania antybakteryjnego arsenału fagów.

Pracując z większymi fagami, zespół badawczy Fischettiego z Rockefeller University wkrótce rozpocznie badania kliniczne niedrogich sprayów enzymatycznych, które mogą zniszczyć bakterie w ciągu kilku godzin. Na przykład, nawet 50 procent pacjentów szpitalnych nosi w nosie i gardle zakaźne patogeny, takie jak zapalenie płuc, mówi Fischetti, który uważa, że ​​spraye mogą obniżyć ten poziom do zaledwie jednego procenta.

Spraye tak naprawdę nie leczą [zakażenia bakteryjnego], ale całkowicie je hamują, wyjaśnia Fischetti. Mówi, że spraye enzymatyczne mogą być również stosowane w przemyśle spożywczym do odkażania żywności.

Innym podejściem do walki z chorobami bakteryjnymi jest terapia fagowa. W tej metodzie do ataku na infekcję wykorzystuje się żywe fagi. Zaletą jest to, że żywe fagi rozmnażają się wykładniczo, podobnie jak bakterie. Mała dawka początkowa rozprzestrzeni się przez komórki bakterii, co oznacza, że ​​powtarzane dawki nie są konieczne.

Po raz pierwszy wypróbowana już w latach 30. XX wieku terapia fagowa straciła na popularności po wynalezieniu penicyliny i innych antybiotyków. Dopiero w ostatnich latach zainteresowanie nim powróciło wraz z alarmującym rozprzestrzenianiem się bakterii opornych na antybiotyki i związanym z tym zagrożeniem nieuleczalnymi chorobami, mówi Adhya.

Dwie firmy – Phage Therapeutics w Bothell w stanie Waszyngton i Exponential Biotherapies z siedzibą w Nowym Jorku – są obecnie w trakcie przedklinicznych i klinicznych prób terapii opartych na fagach w celu zwalczania infekcji bakteryjnych.

ukryć