Исследования микробиологов-женщин по биологии фагов в 2022 году (аннотация)Исследования микробиологов-женщин по биологии фагов в 2022 году
Поскольку бактериофаги заражают бактериальные клетки и размножаются в них, они эффективно контролируют численность этих прокариотических организмов.
Это указывает на важнейшую роль этих вирусов в окружающей среде, поскольку без их действия популяции бактерий росли бы практически бесконтрольно, нарушая биологическое равновесие в большинстве сред обитания. С другой стороны, бактериофаги также используются человеком во многих областях. Они широко применяются в различных областях генной инженерии и биотехнологии. Технология фагового дисплея1 является одним из многих примеров использования методов на основе бактериофагов в различных практических приложениях, включая разработку новых материалов и сложных диагностических и терапевтических методов в медицине и ветеринарии. Фактически, использование бактериофагов для борьбы с бактериальными инфекциями, называемое фаговой терапией, является быстро развивающейся областью, которая дает надежду на разработку новых и эффективных антибактериальных препаратов. Это особенно необходимо в эпоху антибиотического кризиса, вызванного появлением штаммов патогенных бактерий с множественной лекарственной резистентностью.
В свете вышеуказанной важности бактериофагов для окружающей среды и человеческой цивилизации становится очевидным, что широкое изучение этих вирусов является необходимым. Это утверждение обосновано не только тем, что наши знания в области биоразнообразия фагов все еще скудны, но и тем, что разработка новых приложений на основе фагов требует обнаружения еще неизвестных бактериофагов с желаемыми свойствами, такими как эффективное инфицирование конкретных бактериальных хозяев. Кроме того, совершенствование уже существующих и внедрение новых методов молекулярной биологии и генетики требует более детального понимания процессов и регуляторных механизмов, действующих во время бактериофаговой инфекции.
Поэтому этот обзор статей призван отметить достижения женщин в этой области. К сожалению, в науке, технологии, инженерии и математике все еще существует гендерное неравенство, поскольку, по данным Института статистики ЮНЕСКО, только 30% исследователей в мире - женщины. Настоящий обзор включает четыре статьи, хорошо представляющие как разнообразие исследований фагов, так и прекрасный вклад женщин, руководящих исследованиями.
Как сообщалось ранее выделение и характеристика ранее неизвестных фагов, инфицирующих патогенные бактерии, имеет решающее значение для разработки эффективной фаговой терапии. Это особенно важно, поскольку существует огромное разнообразие штаммов патогенных бактерий, и бактерии могут развивать резистентность к отдельным фагам.
В работе Zhang et al. описана идентификация и характеристика недавно обнаруженного бактериофага vB_StaM_SA1, который инфицирует Staphylococcus aureus. Интересно, что этот фаг демонстрирует относительно широкий спектр хозяев, будучи способным размножаться в клетках многих штаммов этого вида бактерий. Это возможно благодаря наличию большого генома вируса, состоящего из более чем 260 кб, который кодирует множество субъединиц РНК-полимеразы и многие другие белки, что потенциально позволяет фагу использовать клеточные механизмы, присутствующие в многочисленных хозяевах S. aureus. Интересно, что этот фаг также кодирует по меньшей мере два лизина, активных в разрушении клеточных оболочек бактерий и гибели клеток. Поэтому и сам фаг vB_StaM_SA1 и лизины, закодированные в его геноме, могут рассматриваться как перспективные инструменты для новой антибактериальной терапии.
Еще один фаг с относительно широким спектром хозяев был описан Mondal et al. Этот недавно выделенный фаг, названный STWB21, инфицирует несколько сероваров Salmonella enterica, включая S. Typhi, S. Paratyphi, S. Typhimurium и S. Enteritidis. Помимо этой особенности, некоторые другие свойства STWB21 делают этот бактериофаг особенно перспективным для использования в фаговой терапии. Среди них - высокая стабильность в относительно широком диапазоне значений pH (от 4 до 11) и температур (от 4 до 50°C), литический способ развития (подтвержденный отсутствием генов, отвечающих за лизогенизацию), короткий латентный период (25 мин). Авторы предположили, что помимо фаговой терапии, STWB21 может быть потенциально использован в биоконтроле и пищевой промышленности для уничтожения S. enterica.
Совершенно иной подход был представлен в работе Stoos et al., целью которой была разработка метода на основе бактериофагов для мониторинга присутствия Vibrio parahaemolyticus, который контаминирует моллюсков и может вызывать вспышки пищевых инфекций. Исследуя образцы прибрежных вод, они выявили четыре бактериофага, которые способны инфицировать различные виды изолятов V. parahaemolyticus. Таким образом, данное исследование дает основу для создания специфического биотеста, полезного для выявления патогенных штаммов V. parahaemolyticus.
Четвертая статья в этом обзоре, опубликованная Bednarek et al., была посвящена разработке нового метода функционального анализа уже известных фаговых геномов, а не характеристике вновь выделенных бактериофагов. Такой аналитический инструмент особенно желателен, поскольку даже в модельных фагах функции многих генов остаются неизвестными. Авторы описали новую процедуру, позволяющую эффективно модифицировать геном бактериофага P1. Этот новый метод основан на гомологичной рекомбинации с обогащением двойных рекомбинантов. Важно отметить, что он может быть полезен для введения целевых мутаций в геномы различных фагов, что должно облегчить функциональную аннотацию генов этих вирусов.
В данном обзоре статей представлены работы, описывающие выделение и характеристику ранее неизвестных бактериофагов, что может быть полезно для разработки фаговой терапии и эффективного мониторинга присутствия патогенных бактерий, а также разработки нового, полезного метода функционального анализа фаговых генов. Поэтому исследователям рекомендуется ознакомиться с этими статьями, вносящими значительный вклад в расширение наших знаний о бактериофагах и их потенциальном применении.
1Фаговый дисплей — это лабораторный метод изучения белок-белковых, белок-пептидных и ДНК-белковых взаимодействий, использующий бактериофагов для того, чтобы соотнести белки и генетическую информацию, кодирующую их. Суть метода в том, что ген, который кодирует белок, интересующий исследователя, встраивают в ген фага, отвечающий за синтез белка капсида, в результате чего фаг начинает «отображать» исследуемый белок на своей оболочке. Так получают соответствие между генотипом и фенотипом фага, а затем исследуют взаимодействие данного белка с другими белками, пептидами или последовательностями ДНК. С помощью селекции in vitro, аналогичной естественному отбору, и амплификации, таким образом могут быть получены большие белковые библиотеки.
