Инженерные фаги против устойчивых бактерий

Развитие бактериальной устойчивости к антибиотикам пробуждает все больший интерес к препаратам на основе бактериофагов. Важным преимуществом фаговой терапии является селективность к бактериальным штаммам, основанная на взаимодействии с определенными молекулами на поверхности клеток — фагоспецифическими рецепторами. Однако мутации в генах, отвечающих за синтез этих рецепторов, могут способствовать развитию резистентности.

Для повышения эффективности терапии используют смесь фагов, действующих на несколько рецепторов, однако такая стратегия усложняет изучение свойств препарата. Авторы исследования, опубликованного в Cell, разработали подход, который позволяет менять специфичность фагов к клеткам-хозяевам в краткие сроки.

Первоначальное взаимодействие фага с клеткой происходит за счет его хвостовых фибрилл. При изучении коэволюции штамма E.coli и фага T3 ученые обнаружили участок на дистальном конце фибрилл, определяющий диапазон клеток-хозяев. Участок состоит из бета-листов, соединенных вариабельными петлями длиной 4–9 аминокислотных остатков. Мутации в этих участках практически не сказываются на структуре белка, но существенно влияют на взаимодействие с бактерией.

Ген фибриллы клонировали в плазмиду и амплифицировали с применением вырожденных праймеров, чтобы создать мутантные версии гена. Библиотеку плазмид использовали для трансформации бактерий, которых затем инфицировали фагом T3. В результате ученые получили библиотеки фагов, содержащих мутации в различных петлях за счет рекомбинации с плазмидой.

Для скрининга штаммы бактерий с редуцированными поверхностными липополисахаридами, устойчивые к фагу T3 дикого типа, инфицировали фагами из полученных библиотек. Исследование показало, что мутации в определенных петлях способствуют связыванию с более разнообразными клетками-хозяевами и мутантные фаги подавляют рост устойчивых штаммов. Кроме того, смесь мутантных бактериофагов препятствует развитию резистентности существенно дольше, чем исходный T3 (который также способен мутировать вслед за бактерией). Эффективность инженерных бактериофагов была подтверждена на мышиной модели раневой инфекции.

Авторы исследования подчеркивают, что на создание данного подхода их вдохновила инженерия антител, направленная на тонкую настройку специфичности и селективности за счет изменений в вариабельных фрагментах. Поэтому для своих инженерных фагов они предложили название «фаготела» (от англ. «phagebodies»). Ученые предполагают, что их подход может быть применен для борьбы с другими патогенными бактериями, имеющими иные механизмы устойчивости.