Dziękuję. Posłuchaj tego artykułu, korzystając z powyższego odtwarzacza. ✖

Badanie opublikowane w Przyroda Biologia chemiczna sugeruje, że nowe podejście do badań przesiewowych bakteriofagów może pomóc naukowcom próbującym przezwyciężyć oporność na antybiotyki.

Kwestia oporu

Zmniejszająca się skuteczność obecnych środków przeciwdrobnoustrojowych jest wynikiem oporności na antybiotyki, poważnego problemu powodującego dłuższe pobyty w szpitalu i zwiększoną śmiertelność. Jednak tam, gdzie nasze leki zawodzą, kluczem do sukcesu mogą być bakteriofagi.

Bakteriofagi to wirusy, które są nieszkodliwe dla komórek innych niż bakteryjne, oraz ewoluowały w celu infekowania i zabijania bakterii, co czyni je idealnymi lekami.

Problem pojawia się przy próbie ustalenia, w jaki sposób fagi wykorzystują białka wirusowe do zabijania bakterii. Białka te muszą być badane na indywidualną skalę, co jest niezwykle trudnym zadaniem, ponieważ wydaje się, że istnieje co najmniej jeden typ faga dla każdego znanego szczepu bakterii, przy czym każdy fag ewoluuje wraz z określonym szczepem bakteryjnym, aby mógł przeciwdziałać cechom oporności.

Próba wyizolowania pojedynczego faga ze środowiska i określenia, który mikrob jest jego celem oraz zastosowanego mechanizmu, okazała się prawie niemożliwa. Naukowcy często nie są w stanie ocenić bitew między fagami a bakteriami na podstawie samej sekwencji genomowej ani zbadać ich w działaniu, ponieważ wielu bakterii nie można hodować w laboratorium.

Badanie przesiewowe na sukces

Naukowcy biorący udział w bieżącym badaniu postanowili przetestować podejście, które mogłoby zoptymalizować ten proces, „Opracowaliśmy wysokoprzepustowe podejście do genetycznych badań przesiewowych, które może zidentyfikować część komórki bakteryjnej, która jest celem silnego rodzaju broni fagowej zwanej„ białkami lizy pojedynczego genu ”- powiedział Vivek Mutalik, pracownik naukowy w Berkeley Lab’s Biosciences Area. „Wraz z rosnącą opornością na antybiotyki pilnie potrzebujemy alternatywnych antybiotyków. Niektóre z najmniejszych znanych nam fagów kodują białka lizy pojedynczego genu (Sgl), znane również jako „antybiotyki białkowe”, które hamują kluczowe składniki produkcji ściany komórkowej bakterii, które po rozerwaniu konsekwentnie zabijają komórkę”.

Mutalik i współpracownicy wcześniej opracowali technologię wymaganą do takiej pracy, zwaną Dual-Barcoded Shotgun Expression Library Sequencing (Dub-seq), która umożliwia badanie działania nieznanych genów, nawet w złożonych próbkach środowiskowych zawierających wiele różnych rodzajów DNA – bez potrzeby dla kultur.

Korzystając z Dub-seq, autorzy byli w stanie zidentyfikować część bakteryjnej ściany komórkowej lub materiały pomocnicze, na które atakuje każdy z sześciu Sgl. [peptidoglycan] biosyntezy lub są znane z łagodzenia OM [outer membrane] odpowiedzi na stres i zapewniają wgląd w szlaki docelowe/naprawcze Sgl w skali całego genomu, co może być trudne do uzyskania za pomocą tradycyjnych metod” – piszą autorzy.

Ta praca potwierdziła, że ​​białka Sgl mogą być antybiotykami, ponieważ atakują szlaki budowy ściany komórkowej wykorzystywane przez prawie wszystkie bakterie. Korzystanie z podstawowych i wszechobecnych celów oznacza, że ​​białka te mogą zabijać bakterie inne niż szczep docelowy.

„Fagi są niezwykłymi innowatorami, jeśli chodzi o niszczenie bakterii. Jesteśmy naprawdę podekscytowani odkryciem nowych mechanizmów ukierunkowanych na patogeny bakteryjne, które można wykorzystać w terapiach” – powiedział Benjamin Adler, doktor habilitowany w laboratorium Jennifer Doudna w UC Berkeley i pierwszy autor badania.

Teraz, gdy podejście Dub-seq zostało ocenione, naukowcy mogą zastosować je do tysięcy fagów wytwarzających lizę pojedynczego genu, oczekujących na charakterystykę w próbkach środowiskowych, które zespół zebrał z oceanu, gleby, a nawet z ludzkiego jelita.

Odniesienie: Adler BA, Chamakura K, Carion H i in. Ekrany supresji wielu kopii ujawniają zbieżną ewolucję białek lizy pojedynczego genu. Nat Chem Biol. 2023:1-8. doi: 10.1038/s41589-023-01269-7.

Ten artykuł jest przeróbką komunikatu prasowego wydanego przez Narodowe Laboratorium Lawrence Berkeley. Materiał został zredagowany pod względem długości i treści.