Двойные агенты: смоделированные бактерии борются с патогенными биопленками у мышейДвойные агенты: смоделированные бактерии борются с патогенными биопленками у мышей
Mycoplasma pneumoniae с патогенными генами, замененными на гены, разрушающими биопленку, повышают выживаемость в мышиной модели вентилятор-ассоциированной пневмонии.
Mycoplasma pneumoniae - бактерии, которые обычно вызывают легочные инфекции. Но недавно группа ученых превратила их в двойных агентов. Генетически модифицированные микоплазмы помогли разрушить биопленки другого патогенного микроба, Pseudomonas aeruginosa, в мышиной модели вентилятор-ассоциированной пневмонии и в образцах, взятых у пациентов, сообщила группа ученых 19 января в журнале Nature Biotechnology. Это один из первых случаев, когда ученые использовали живые бактерии для лечения легочных заболеваний, и это первое терапевтическое использование микоплазм.
"Этот подход действительно эффективен", - говорит Дейв Хава, микробиолог, который не принимал участия в исследовании, но работает в компании Synlogic, разрабатывающей терапию живыми бактериями для лечения заболеваний кишечника. "Это дает возможность воздействовать на заболевания и механизмы патогенеза, чего нельзя сделать с помощью обычных методов лечения".
Когда патогенные бактерии проникают в наш организм, они иногда могут обосновываться в виде биопленки: трехмерного сложного сообщества, обычно прикрепленного к какой-либо поверхности, например, к поверхности легкого или к участку катетера. Из-за своей сложной структуры биопленки часто резистентны к противомикробным препаратам, даже если отдельные бактерии в них не резистентны, что заставляет ученых искать альтернативные способы лечения инфекции. По словам Хавы, недавно в качестве перспективного варианта появились живые бактерии: являясь живыми организмами, эти бактерии могут не только выполнять более сложные функции, чем малые молекулы - в том числе синтезировать ферменты и другие белки, - но и быть спроектированными так, чтобы производить сразу несколько белков.
Мария Ллух-Сенар, биотехнолог из Каталонского университета, а также основатель и главный научный сотрудник компании Pulmobiotics, рассказала, что она хотела создать бактерии, которые могли бы бороться с заболеваниями легких, в частности с вентилятор-ассоциированной пневмонией, вызванной Pseudomonas aeruginosa. Этот тип пневмонии может быть особенно опасен, когда образуются трудно поддающиеся лечению биопленки. Теоретически, сконструированные живые бактерии могут производить коктейль белков, который проделывает отверстия в биопленке, позволяя антибиотикам проникать внутрь и бороться с патогенными бактериями. Но поскольку область бактериальной инженерии возникла только в последние несколько лет и все еще довольно ограничена, Ллух-Сенар говорит, что никто еще не пытался бороться с легочными заболеваниями.
Ллух-Сенар и ее коллеги выбрали для своих экспериментов Mycoplasma pneumoniae, бактерию, известную тем, что она инфицирует дыхательную систему человека. В отличие от многих бактерий, M. pneumoniae не может рекомбинировать, что делает ее безопасным кандидатом для биоинженерии, и которая не распространит ее измененный геном на другие бактерии. Кроме того, у нее относительно небольшой геном и отсутствует клеточная стенка, что снижает вероятность возникновения иммунной реакции.
Исследователи удалили патогенные гены из M. pneumoniae, чтобы убедиться, что бактерии безопасны для использования. Затем они сформировали комплекты сконструированных геномов в E. coli, которых ученые используют для разработки бактериальных препаратов для лечения кишечника. Эти геномы содержали один-два комплекса для борьбы с биопленкой: генетическую кассету, кодирующую производство ферментов, разрушающих биопленку, и ген токсина, способного убивать P. aeruginosa. Затем они перенесли эти гены в виде изолированной ДНК в M. pneumoniae. Процесс был трудоемким: M. pneumoniae растет медленно, поэтому внесение изменений в эксперименты было очень длительным процессом. Однако после многих лет испытаний Ллух-Сенар и ее сотрудники почувствовали себя достаточно уверенно, чтобы испытать свои новые бактерии на мышах.
После инфицирования мышей P. aeruginosa ученые ввели некоторым из них модифицированные M. pneumoniae, а другие мыши служили в качестве контроля. Эффект от проведенного вмешательства был положительным: у мышей, которым вводили модифицированные бактерии, поражения легких были значительно слабее через два дня и они выжили в среднем через семь дней после инфицирования, в то время как у контрольных мышей поражения были более серьезными и они выживали в среднем через два дня после инфицирования. Команда также протестировала свои бактерии на покрытых биопленкой эндотрахеальных трубках, взятых у пациентов с вентиляционно-ассоциированной пневмонией. Уже через 24 часа в трубках, обработанных сконструированными бактериями, было меньше P. aeruginosa, чем в трубках, обработанных только антибиотиками или оставленных без обработки.
Хотя разработанные бактерии не являются пока полноценным методом терапии, Ллух-Сенар отмечает, что результаты не могут не радовать. "В науке никогда не знаешь, пока не попробуешь", - говорит она. "После стольких лет работы над этим проектом это стало для меня наградой".
В дальнейшем Ллух-Сенар планирует внедрить свои бактерии в клиническую практику, где, как она надеется, в один прекрасный день они смогут лечить пневмонию у людей. Хава говорит, что с нетерпением ждет этого и с волнением ожидает других потенциальных применений новых бактерий. "Мне было бы очень интересно посмотреть, какие еще заболевания можно вылечить с помощью этого подхода", - говорит он. "Если это [исследование] является новой платформой, то как можно использовать эту платформу более широко?". Ллух-Сенар согласна с ним, говоря, что она планирует применить их новые генно-инженерные методы к другим заболеваниям легких, таким как рак легких и астма. "Мы хотим донести эти решения до общества, до пациентов".
