Работна маса за дизајн на вируси - Извештај за иновации
Бактериофагите напаѓаат бактериска клетка. Викимедија комонс/Д-р Греам Брадс
Бактериофагите (фаги накратко) се вируси кои специјално ги напаѓаат и убиваат бактериите. Тие се по многубројна природа. Токму затоа што тие се специјализирани само во еден вид бактерии, истражувачите се надеваат дека ќе можат да користат фаги за специјално лекување на одредени бактериски болести. Прехранбената индустрија, на пример, веќе ги користи овие вируси за да уништи патогени во храната на природен начин.
Оптимизирање на вирусите генетски и со тоа нивно прилагодување за специфични цели е сè уште предизвикувачко и одзема многу време. Особено е тешко да се модифицираат фагите за борба против таканаречените грам-позитивни бактерии како што е стафилокок.
Насочена модификација на фагите
Меѓутоа, сега може да осамне нова ера во употребата на бактериофаги, бидејќи тим истражувачи предводени од Мартин Лоснер, професор по микробиологија на храна на ЕТХ Цирих, штотуку презентираа нова технолошка платформа во списанието PNAS. Ова им овозможува на научниците генетски да ги модифицираат фагите на насочен начин, да ги опремат со какви било дополнителни функции и конечно да ги оживеат во бактериска „сурогат мајка“ - клетка на Листерија без клеточен wallид.
Со новата работна маса на фагите, ваквите вируси можат да се создадат многу брзо, а „кутијата со алатки“ е многу модуларна: научниците можат да ја користат за да создадат скоро какви било бактериофаги за различни намени и со мноштво различни функции.
„Порано беше скоро невозможно да се промени геномот на бактериофаг“, вели Лоеснер. Покрај тоа, методите беа крајно неефикасни. На пример, генот беше интегриран само во постојниот геном во дел од фагите. Изолацијата на изменетиот фаг честопати станува потрага по игла во сено.
„Во минатото, требаше да ги бараме фагите со посакуваните својства од милиони фаги. Сега можеме да генерираме секаков вид на вируси од ист тип уште од самиот почеток, да ги тестираме во корисен период и, доколку е потребно, да ги промениме повторно “, нагласува Лоснер.
Закажете вируси на компјутер
Колегата на Лоснер, Самуел Килчер, го трасираше патот до чекор напред. Специјалистот по молекуларна вирусологија користеше методи од синтетичка биологија за да го испланира геномот на бактериофагот на таблата за цртање и да го состави од ДНК фрагменти во епрувета. Нови и дополнителни функционалности, како што се ензими за разградување на обвивката на бактериските клетки, беа вметнати во геномот на фагите. Килчер исто така може да ги отстрани гените кои му даваат на фагите непожелни својства, како што се интеграција во бактерискиот геном или производство на клеточни токсини.
Со цел да се вратат честичките на фагите во живот од вештачката ДНК, геномот е воведен во сферични, без клеточни wallидови, но одржливи форми на бактеријата Листерија (Листерија во форма на L). Овие бактериски клетки потоа го користат генетскиот нацрт за да ги произведат сите компоненти на посакуваниот фаг и да осигурат дека вирусите се правилно собрани.
Истражувачите исто така откриле дека сферичната листерија не само што произведува свои специфични фаги, туку и оние што можат да заразат други бактерии. Обично домаќин ги вади само своите специфични вируси. Листеријата во форма на L е соодветна како скоро универзален инкубатор на бактериофаги.
Доколку се направи пукање на листеријата, бактериофагите се ослободуваат и можат да бидат изолирани и размножени за употреба во терапија или дијагностика.
Погодни се само вирулентни фаги
„Клучно барање за употреба на ефективни синтетички бактериофаги е нивниот геном да не може да се интегрира во тој на домаќинот“, нагласува Килчер. Ако тоа се случи, вирусот повеќе не претставува закана за бактеријата. Сепак, со помош на новиот метод, истражувачите беа во можност лесно да ги репрограмираат ваквите интегративни фаги, така што тие ќе ја изгубат можноста да се интегрираат и со тоа повторно да станат интересни за антибактериски апликации.
Двајцата истражувачи тешко се грижат за можни отпори на фагите. Па дури и ако имало, на пример, кога бактеријата ја менува својата структура на површината за да спречи викот да се закачи, новата технологија може брзо да развие соодветен фаг на кој бактеријата сè уште не развила никаква отпорност.
Истражувачите исто така сметаат дека ризикот од несакани ослободувања е мал. Токму затоа што бактериофагите, природни и синтетички, се многу специфични за домаќинот, тие не можат да преживеат долго без нивниот домаќин. Оваа висока специфичност исто така спречува бактериофагите да можат да се префрлат на нова бактерија домаќин. „Да се прилагоди на површинската структура на друг домаќин, би требало многу време во природата“, вели Лоснер.
Практичната примена е сè поблизу
Со својата технологија, тимот на Лоснер направи голем чекор кон употреба на синтетички бактериофаги за терапија, дијагностика или во прехранбената индустрија. Притоа, истражувачите исто така ги надминуваат ограничувањата поврзани со употребата на природни фаги. „Нашата кутија со алатки може да помогне да се искористи потенцијалот на фагите“, вели Лоснер. Истражувачите поднеле барање за патент за нивната технологија. Тие сега се надеваат дека ќе најдат лиценци кои ќе произведуваат фаги за терапија и дијагностика.
Kilcher S, Studer P, Muessner C, Klumpp J, Loessner MJ. Рестартирање на вкрстен род на обичај направени, синтетички геноми на бактериофаги во бактерии во форма на Л PNAS 2018 јануари, 115 (3) 567-572. дои: 10.1073/pnas.1714658115