Сенсор на основе бактериофагов определяет возбудителя инфекции мочевыводящих путей

Причиной возникновения инфекций мочевыводящих путей может быть множество микроорганизмов, от бактерий до грибков. Чаще всего инфекцию вызывают бактерии Escherichia coli, Klebsiella spp. или Enterococcus faecalis. Очень важно быстро и точно идентифицировать патоген для назначения эффективной терапии. Это позволяет ограничить применение антибиотиков широкого спектра действия. Золотой стандарт диагностики инфекций мочевыводящих путей — это наличие симптомов и положительный бактериологический посев. Точность диагностики можно улучшить при помощи масс-спектрометрии и (или) секвенирования 16 рРНК. Однако метод посева занимает от 18 до 30 часов. Высокая длительность получения результатов приводит к тому, что антибиотики чаще назначают эмпирически. Это, в свою очередь, усугубляет распространение антибиотикорезистентности. Были разработаны новые, более быстрые методы, но ни один полностью не удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым диагностическим тестам.

Команда ученых из Швейцарии и США предложила использовать бактериофаги для определения патогена, вызывающего инфекции мочевыводящих путей. По задумке, после попадания в образец мочи бактериофаг заражает специфичную для него бактерию и экспрессирует репортерный белок. В качестве репортерного белка ученые взяли нанолюциферазу. Таким образом, наличие и тип патогена можно определить по свечению образца.

Сначала ученые собрали 663 изолята уропатогенов, ставших причиной инфекции мочевыводящих путей или бессимптомной бактериурии. Они идентифицировали 30 бактериальных видов и подтвердили, что E. coli, Enterococcus spp. и Klebsiella spp. встречаются чаще всего. Затем они отобрали бактериофаги из сточных вод и провели многоступенчатый процесс селекции. В результате авторы получили по паре специфических фагов для E. coli, Klebsiella spp. и Enterococcus spp. Затем они секвенировали отобранные вирусы, получили их изображения на криоэлектронном микроскопе и выявили бактерии, которые могут поражать фаги. На основе этих вирусов с помощью технологии CRISPR-Cas были созданы репортерные фаги, экспрессирующие ген нанолюциферазы при поражении целевых бактерий.

Исследователи проверили вирусы на бактериальных культурах, полученных из клинических образцов. Они продемонстрировали, что морфология фаговых бляшек у модифицированных бактериофагов не изменилась. Дополнительно ученые показали, что их сенсор помогает обнаружить патоген вне зависимости от наличия антибиотикорезистентности у бактериальной клетки, хотя интенсивность биолюминесценции варьирует в широких пределах.

Авторы проверили свой метод диагностики на клинических образцах мочи (всего 206 образцов). Чувствительность теста оказалась в пределах от 68% (для E. coli) до 87% (для Klebsiella spp.). В отличие от чувствительности, селективность диагностики была очень высокая и достигала 99% для каждого вида бактерии. В общей сложности для диагностики исследователи потратили пять часов, при этом один час ушел на дополнительный рост бактерий.

Таким образом, авторы надеются, что их разработка поможет ускорить определение патогенов и выступит в роли оперативного способа диагностики в отсутствие специальных лабораторий.

В кишечнике младенцев обнаружены тысячи новых вирусов