РНК-технология «взламывает» репликацию фагов, открывая новые перспективы в изучении молекулярных взаимодействий
Бактериофаги, или фаги, — это вирусы, заражающие бактерии. Их терапевтическое использование может быть крайне полезно в борьбе с устойчивыми к антибиотикам патогенами, однако молекулярные взаимодействия между фагами и бактериями-хозяевами изучены недостаточно. Исследовательской группе Йорга Фогеля из Института инфекционных исследований на основе РНК им. Гельмгольца (HIRI) и Института молекулярной биологии инфекций (IMIB) в Вюрцбурге удалось целенаправленно вмешаться в размножение фагов с помощью молекулярного инструмента — антисмысловых олигомеров (ASO).
По словам учёных, эта инновационная РНК-технология открывает новые возможности для изучения молекулярного мира фагов и должна ускорить разработку будущих терапевтических применений. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Фаги безвредны для человека, так как поражают только бактерии, в том числе патогенные. «Атакуя и уничтожая патогены, фаги, можно сказать, тайно защищают наше здоровье. Использование их терапевтического потенциала, особенно на фоне роста антибиотикорезистентности, стало бы прорывом», — говорит Йорг Фогель, ведущий автор работы.
Молекулярный инструмент позволил манипулировать фагом
«Чтобы использовать фаги терапевтически, нам необходимо гораздо лучше понимать молекулярное взаимодействие между фагом и бактерией-хозяином, — отмечает первый автор исследования Милан Геровак. — Одна из проблем в его изучении заключается в том, что фаги защищают свой генетический материал от клеточных систем защиты бактерий своеобразным «щитом», который также эффективно мешает обычным методам молекулярного анализа».
Для решения этой задачи исследователи HIRI применили инновационный РНК-инструмент — антисмысловые олигомеры (ASO). С их помощью им удалось специфично вмешаться в цикл размножения фага.
«ASO, введённые в бактериальную клетку, «выключили» синтез определённых фаговых белков в ключевой момент, — объясняет Геровак. — Можно сказать, мы «взломали» репликацию фага с помощью ASO».
ASO, синтезируемые в лаборатории, могут точно связываться с определёнными участками матричной РНК (мРНК), передающей информацию от генома к аппарату синтеза белка. ASO действуют как препятствие в точке начала производства белка, блокируя трансляцию. Антибактериальные ASO, также известные как программируемые антибиотики или асобиотики, уже некоторое время изучаются в лаборатории Фогеля.
«Поскольку известно, что ASO ингибируют синтез белка у бактерий, мы предположили, что они могут делать то же самое и у фагов, ведь фаги размножаются с помощью клеточного аппарата бактерии-хозяина. И мы оказались абсолютно правы», — говорит Фогель.
В центре внимания — гигантский фаг, убивающий больничные микробы
С помощью технологии ASO исследователям удалось предотвратить размножение фага в различных парах «фаг-бактерия», что доказало широкую применимость подхода. Основным объектом изучения стал гигантский фаг ΦKZ, который потенциально может лечить опасные инфекции ран, дыхательных путей и лёгких, вызываемые больничным патогеном Pseudomonas aeruginosa.
«Гигантские фаги имеют очень большой геном, — поясняет Геровак. — С помощью ASO мы смогли систематически «выключать» синтез большого числа фаговых белков. Используя этот подход скрининга с нокдауном, мы идентифицировали ранее неизвестные белки, ключевые для размножения фага».
Исследователи надеются, что технология ASO получит широкое применение в фаговых исследованиях для лучшего понимания фундаментальных молекулярных механизмов фагов и продвижения разработки новых терапевтических подходов в борьбе с бактериальными патогенами.