_ Cercetătorii rezolvă vechiul mister despre cum fagii dezarmează bacteriile patogene

Infecțiile bacteriene reprezintă provocări semnificative agriculturii și medicinei, mai ales că cazurile de bacterii rezistente la antibiotice continuă să crească. Ca răspuns, oamenii de știință de la Texas A&M AgriLife Research elucidează modalitățile prin care virușii care infectează bacteriile dezarmă acești agenți patogeni și inaugurează posibilitatea unor metode noi de tratament.

În studiul lor publicat în Science, Lanying Zeng, Ph. D., profesor, și Junjie Zhang, Ph.D., profesor asociat, ambele în cadrul Departamentului de Biochimie și Biofizică a Colegiului de Agricultură și Științe ale Vieții din Texas A&M, detaliază un mecanism precis prin care fagii dezactivează bacteriile.

Împreună, echipa a lucrat pentru a explica o serie de interacțiuni pe care oamenii de știință au căutat să le înțeleagă încă de la începutul anilor 1970.

Pseudomonas aeruginosa este un tip de bacterie care poate provoca infecții în sânge, plămâni și, ocazional, alte infecții. părți ale corpului. Aceste infecții sunt frecvente în special în mediile de îngrijire a sănătății, care întâlnesc adesea bacterii rezistente la medicamente. Potrivit Centers for Disease Control and Prevention, au existat peste 30.000 de cazuri de infecții cu P. aeruginosa multi-rezistente la medicamente în rândul pacienților spitalizați în 2017.

Prevalența infecțiilor cu Pseudomonas rezistente la antibiotice le face un punct practic. de focalizare pentru terapia cu fagi, un tip de metodă de tratament care utilizează bacteriofagi sau fagi, pe care cercetătorii de la Texas A&M Center for Phage Technology o explorează ca alternativă la medicamentele tipice.

Zeng și Zhang, co-directori la centru, împreună cu Jason Gill, Ph.D., profesor asociat la Departamentul de Știința Animalelor, explorează utilitatea fagilor, chiar și dincolo de terapia cu fagi, prin scufundări în structurile și mecanismele aflate în joc.

Unul dintre factorii care permite P. aeruginosa să transmită gene rezistente la antimicrobiene între ele, precum și să se miște și să creeze structuri greu de tratat numite biofilme, este un apendice numit pilus, numit după cuvântul latin pentru suliță. . Aceste structuri cilindrice se extind de la suprafața bacteriilor.

Unii fagi folosesc pili bacterieni prin atașarea lor și permițând bacteriilor să învețe fagul la suprafață, unde fagul poate începe să infecteze bacteriile.

În studiul lor, co-autor de studenții absolvenți ai Texas A&M Jirapat Thongchol și Zihao Yu, cercetătorii au studiat acest proces pas cu pas folosind microscopia cu fluorescență, microscopia criogenică-electronică și modelarea computațională. Ei au observat cum un fag numit PP7 infectează P. aeruginosa prin atașarea de pilus, care apoi se retrage și trage fagul la suprafața celulei.

La punctul de intrare pentru virus, pilusul se îndoaie și se rup. oprit, iar pierderea pilusului face ca P. aeruginosa să fie mult mai puțin capabil să-și infecteze propria gazdă.

Această lucrare este o continuare a cercetărilor anterioare publicate în 2020, când echipa lui Zeng a găsit un fag care se poate rupe în mod similar. de pe piliul celulelor E. coli, împiedicând bacteriile să împartă gene între ele – o modalitate comună de răspândire a rezistenței la antibiotice.

Studiul asupra Pseudomonas face parte din recenta suită de studii de cercetare a echipei. În martie 2024, au publicat descoperiri în Nature Communications privind interacțiunea dintre un alt gen de bacterii, Acinetobacter, și un fag care îl infectează. Un alt studiu, care urmează să fie publicat în mai 2024, va acoperi un al treilea gen de bacterii și fagi suplimentari.

Progresul echipei în determinarea structurilor precise a proteinelor și a interacțiunilor moleculare a fost posibil cu noul crio-electron al AgriLife Research. microscop, care s-a deschis la Texas A&M la sfârșitul anului 2022 și poate rezolva structuri la nivel atomic.

„În studiul nostru anterior asupra E. coli, nu am explorat prea multe despre mecanism”, a spus Zeng. „În studiul nostru despre Pseudomonas, am putut explica mult mai multe despre ce se întâmplă exact, inclusiv forța și viteza detașării pilusului și am putut înțelege de ce și cum se întâmplă acest lucru.”

Implicațiile acestui lucru. cercetările în curs s-ar putea dovedi a fi importante în tratarea infecțiilor antimicrobiene. Zhang a spus că medicii nu ar trebui să folosească fagi pentru a ucide bacteriile - așa cum se face în terapia cu fagi - ci ar putea pur și simplu să permită virușilor să dezarmeze bacteriile, ceea ce poate oferi sistemului imunitar șansa de a lupta singur cu infecția sau poate permite medicii să trateze pacienții cu doze mai mici de antibiotice.

„Dacă pur și simplu omorâți bacteriile, spargeți celulele, iar acestea vor elibera material toxic din interiorul celulei în gazdă”, a spus Zhang. . „Abordarea noastră este să folosim un anumit tip de fag care dezarmează bacteriile. Le eliminăm capacitatea de a schimba gene de rezistență la medicamente sau de a se deplasa prin ruperea acestui apendice.”

Echipa de oameni de știință în fagi a spus. ei vor continua să caute cazuri similare de fagi care reduc virulența bacteriilor patogene.

„Antăm o abordare sinergică”, a spus Zhang. „Încercăm să înțelegem un mecanism universal pentru acest tip de fagi și modul în care acestea sunt capabile să afecteze alte tipuri de bacterii. Acesta este scopul general al efortului nostru de colaborare: să încercăm să abordăm problema bacteriilor rezistente la mai multe medicamente. „

(Fluierul)