Сотрудникам Северо-Западного университета удалось изменить генетический код бактериофагов, что позволило им проникать внутрь синегнойной палочки, демонстрирующей высокую устойчивость к антибиотикам, и уничтожать её. Кроме того, разработанная технология не оказывает влияния на полезные бактерии.
Использование первого антибиотика стало реальностью пенициллин более 40 тысяч лет назад, а в XX веке перешли от его природных форм к массовому производству, что официально запустило страшную гонку на выживание между царством бактерий и животных. С каждым новым поколением антибактериальных препаратов сокращается число смертей среди зараженных, в то же время появляется новый штамм побежденного возбудителя — тот становится резистентнее, сильнее и неприхотливее, чем когда-либо прежде.
Существуют бактерии, стремящиеся к адаптации для совместного существования с человеком, чтобы не наносить вред его организму, а оказывать ему поддержку. Например, бифидобактерии помогают переваривать некоторые продукты. Однако, многие бактерии действуют без оглядки на последствия, разрушая организм и обрекая на гибель не только носителя, но и собственные потомственные поколения.
К этой группе относятся, в частности, синегнойная палочка ( Pseudomonas aeruginosa). Она представляет особую угрозу для людей с ослабленным иммунитетом и часто поражает пациентов с ожогами, после хирургических вмешательств, а также больных муковисцидозом.
Более того, благодаря достижениям в области медицины, синегнойная палочка со временем приобрела значительную устойчивость к применяемым антибиотикам, что усложняет ее лечение при возникновении инфекции. Она освоила выработку сигнальных молекул, позволяющих целым колониям возбудителя координировать действия для адаптации к условиям окружающей среды и обеспечения собственной защиты.
Они формируют особую биопленку, эта структура служит защитой для всей колонии, предохраняя ее от воздействия опасных веществ, включая антибактериальные препараты. Тем не менее, ученые из Северо-Западного университета (США) обнаружили способ нейтрализации этого смертоносного возбудителя.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Microbiology Spectrum, чтобы создать новый вирус, исследователи изменили генетический материал бактериофага, который способен проникать в бактерии и воспроизводиться внутри них. Для начала была выделена ДНК нескольких фагов, после чего использовали электропорацию – метод, основанный на воздействии кратковременных электрических импульсов высокой мощности, чтобы создать временные поры в клеточной мембране бактерии. Через эти поры ДНК фага проникла внутрь бактерий, воспроизводя естественный процесс заражения.
Бактерии, как правило, идентифицируют ДНК фагов как чужеродную и разрушают ее. Однако, благодаря применению методов синтетической биологии, исследователям удалось деактивировать системы собственной защиты от вирусов Pseudomonas aeruginosa. Генетически модифицированный вирус, проникнув в клетку, сформировал вирионы и вызвал её гибель.
После этого успеха команда под руководством Эрики Хартманн внедрила ДНК еще двух фагов, которые изначально не способны инфицировать данный штамм Pseudomonas aeruginosa. И снова процесс сработал.
Сейчас группа специалистов исследует бактериофаги, полученные из погибшей синегнойной палочки. На этом этапе будет определено, какие из выделенных штаммов стоит развивать дальше и как организовать их масштабное производство для использования в качестве лекарственного препарата.
«Отличительной чертой фагов является их способность к высокой специфичности, что контрастирует с действием антибиотиков. В частности, при лечении инфекции носовых пазух антибиотики оказывают негативное воздействие на весь желудочно-кишечный тракт, тогда как фаготерапию можно создать для воздействия только на конкретную инфекцию», — отметила Хартманн.
Фаготерапия представляет значительный потенциал в борьбе с инфекциями, не поддающимися стандартному лечению, и предлагает альтернативный подход, который позволяет избежать проблем с пищеварением, обычно требующих восстановления с помощью пробиотиков.