Группа исследователей из Германии предложила потенциально более быстрый и эффективный способ создания бактериофагов.
Их метод позволяет создавать фаги без необходимости культивирования бактерий, против которых они направлены, и настраивать вирусы для борьбы с конкретными инфекциями, резистентными к антибиотикам.
Это "многообещающая платформа", - говорит Питер-Ян Цейссенс, биоинженер из Sciensano, национального института здравоохранения Бельгии, который отвечает за контроль качества фагов, уже используемых в нескольких клиниках этой страны и других стран. Эта технология была разработана в тот момент, когда крупная американская инициатива по разработке фагов собирается начать свое первое клиническое испытание на пациентах с муковисцидозом, страдающих от хронических бактериальных инфекций легких.
Фаги были предложены в качестве оружия против бактерий более века назад. Западная медицина отказалась от них после появления антибиотиков, но ученые и врачи в бывшем Советском Союзе продолжали их изучать и использовать. Но для многих клиницистов производство фагов до сих пор имеет имидж халтурного или даже "мистического" процесса, говорит Гил Грегор Вестмайер, врач и биологический инженер Мюнхенского технического университета, возглавивший исследование фагов, опубликованное на прошлой неделе в журнале Cell Chemical Biology.
Чтобы получить достаточное количество фагов, патогенные бактерии обычно сначала выращивают в лаборатории. Затем их подвергают воздействию фагов, которые были ранее выделены из тех же патогенов. После того как фаги начинают размножаться в бактериях, их собирают и очищают. Хотя за последние несколько лет этот процесс стал более эффективным, чистым и надежным, он по-прежнему остается трудоемкой и дорогостоящей работой. Одна из проблем заключается в том, что клеточные стенки бактерий часто содержат эндотоксины, которые необходимо удалять в процессе очистки фагов, отмечает Цейссенс. "Отсутствие необходимости делать это значительно облегчит процесс производства", - отмечает он.
В прошлом году некоторые коллеги Вестмайера сообщили о том, что нашли возможную альтернативу, когда исследовали, поддерживают ли экстракты из разрушенных клеток Escherichia coli сборку белков. Группа не только нашла, но и показала, что эта бесклеточная система, из которой были удалены компоненты клеточной стенки бактерий, может собирать новые целые фаги, нацеленные на E. coli, если им предоставить соответствующую вирусную ДНК и другие молекулы, позволяющие экспрессировать вирусные гены.
В новой работе они показали, что эти экстракты кишечной палочки могут производить вирусы, направленные против других патогенных бактерий, таких как Yersinia pestis и Klebsiella pneumoniae, если им дать подходящую фаговую ДНК. "По сути, это целый конвейер для персонализированного лечения фагами", - говорит Вестмайер. "Единственное, что нам не удалось сделать, это действительно лечить пациента, от которого мы выделили патоген, по нормативно-правовым соображениям. Но мы "лечили" конкретную бактерию с помощью фага в лаборатории".
Стартап, основанный авторами технологии, стремится расширить библиотеку фагов, которые может собирать. "Фаги, описанные в статье, относительно малы, в отличие от большинства фагов, направленных против важных мультирезистентных патогенов", - говорит Цейссенс. Сборка более крупных вирусов может оказаться сложной задачей, говорит он, поскольку некоторые фаги прикрепляются к клеточной стенке бактерий, чтобы собрать копии. "Интересно, удастся ли это сделать с бульоном из экстрагированных клеток кишечной палочки, даже если вы добавите эти якорные белки", - говорит он.
Еще одно преимущество подхода команды - возможность конструировать собранные фаги и детально изучать результаты. Для этого они не изменяют сам геном фага, а добавляют к нему участки ДНК, называемые плазмидами, которые независимо транслируются для создания модифицированных белков фага. Эти белки включаются в новые вирусы - но не в их потомков.
"Для меня эта часть системы имеет наибольшую ценность, - отмечает Роберт Шули, содиректор Центра инновационного применения и терапии фагов (IPATH) при медицинской школе Калифорнийского университета. По словам Шули, это дает возможность исследователям и врачам настраивать фаги, например, повышать их способность уничтожать бактерии или биопленки, которые они создают.
IPATH собирается начать испытания по муковисцидозу, которые финансируются Национальным институтом здравоохранения США, используя фаги, выращенные традиционным способом, чтобы атаковать популяции бактерий в легких пациентов. Но Шули представляет себе использование фагового подхода в будущем. "Нам еще многое предстоит узнать о фагах", - говорит он. "Этот [новый] метод позволяет нам не только оптимизировать их использование, но и изучить, действительно ли изменения [которые мы вносим] имеют те эффекты, на которые мы рассчитывали".
