Новосибирские ученые «перепрограммировали» вирусы для уничтожения патогенных бактерий

Ученые Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН нашли способы получать модифицированные вирусы, которые более эффективно распознают и уничтожают опасные патогены. 

«Для того, чтобы синтезировать новый бактериофаг, мы берем геномы природных вирусов, а дальше определенные гены заменяем на области генома другого бактериофага. Например, изменяем гены, которые отвечают за узнавание целевой бактерии. Так собирается итоговый геном синтетического фага, на основе которого образуются фаговые частицы с заданными свойствами. Этот процесс можно назвать мутагенезом (изменением в нуклеотидной последовательности ДНК, приводящим к мутациям), однако происходят не какие-то точечные мутации, а замена крупными блоками. С помощью такого способа получают ферменты, микроорганизмы или вирусы (как в нашем случае)», — рассказывает старший научный сотрудник лаборатории молекулярной микробиологии ИХБФМ СО РАН кандидат химических наук Иван Константинович Байков.

Благодаря этой технологии можно менять многие параметры. Первым делом исследователи выясняют, за что отвечает тот или иной ген бактериофага, и решают, что необходимо заменить. Если не учесть все особенности, новый вирус может оказаться нежизнеспособным. Для этого ученые проводят дизайн бактериофага, чтобы получить желаемые свойства. Например, модификации могут позволить бактериофагу распознавать более широкий спектр бактерий или разрушать биопленки.

При дизайне и сборке генома ученые работают с последовательностями ДНК. «Поэтому, чтобы поменять какую-либо часть фага, какой-то белок или отдельный домен, необходимо выяснить, какая конкретно часть гена кодирует эту область. Только тогда мы можем менять не ген целиком, а например его половину или последнюю треть на аналогичный фрагмент от другого бактериофага и создавать тем самым химерный белок, который, с одной стороны, будет хорошо стыковаться с фаговой частицей, а с другой стороны, привнесет что-то новое в свойства фага», — прокомментировал Иван Байков.

Одним из преимуществ бактериофагов по сравнению с антибиотиками является то, что бактериофаги не затрагивают другие бактерии, кроме целевых. Однако есть и обратная сторона высокой селективности фагов — для ряда бактериальных образцов нужно отдельно конструировать новый вариант фага или подбирать уже готовый бактериофаг. Поэтому ученые заранее создают коллекцию природных вирусов бактерий наряду с синтетическими и используют ее при необходимости.

Технологию сборки синтетических бактериофагов исследователи из ИХБФМ СО РАН испытали при создании вирусов для борьбы с клебсиеллой — патогенной бактерией, многие штаммы которой устойчивы к антибиотикам, но, как правило, чувствительны к бактериофагам. «Мы поменяли “ножки” бактериофага, специфичного к одной группе штаммов клебсиеллы, на “ножки” другого фага, переставив соответствующие гены. Тем самым у нас получились вирусы, заражающие не ту бактерию, которую они исходно инфицировали, а другой штамм. То есть перенаправили фаг с одной группы штаммов на другую группу», — пояснил ученый.

Всего исследователи сконструировали шесть новых бактериофагов, поражающих клебсиеллу. Эти вирусы размножаются интенсивнее, чем исходные, и уничтожают патогенные бактерии результативнее.