В настоящее время существует настоятельная необходимость в создании новых подходов к борьбе с патологическими бактериями, так как глобальная угроза роста устойчивости к лекарственным средствам опережает скорость, с которой мы можем производить новые антибиотики для борьбы со смертельными инфекциями, такими как туберкулез.

 е-палочка
Исследователи экспериментировали с фагмидами, разработанными для уничтожения Escherichiacoli, а сейчас планируют разработать более широкий спектр, который сможет уничтожить другие патологические бактерии.

 

Сейчас исследователи в области синтетической биологии решают эту проблему по-иному. Ученые разработали частицы, названные «фагмидами», которые входят внутрь целевых патологических бактерий и освобождают токсины, убивающие их.

В статье в журнале NanoLetters, ученые, во главе с исследователями Массачусетского технологического института в Кембридже, описали то, как они моделируют свои частицы в бактериофаги – вирусы, которые инфицируют и убивают бактерии.

В отличие от антибиотиков широкого спектра действия, бактериофаги ориентируются на конкретные бактерии, оставляя дружественные бактерии нетронутыми. Эти препараты использовались в течение многих лет в различных странах – например, тех, что входили в состав Советского Союза.

Но недостатком такого лечения было то, что используемые бактериофаги могли иметь побочные эффекты. Ведущий исследователь Джеймс Коллинс, профессор медицинской инженерии в Массачусетском технологическом институте, объясняет: «Бактериофаги убивают бактерии, лизируя клетки или вызывая их разрыв. Но это проблематично, так как может привести к освобождению токсинов из бактерий».

«Токсины, которые высвобождаются при разрушении патологических бактерий, могут вызвать сепсис, и даже смерть в некоторых случаях, — добавил он – Сепсис – это когда инфекция вызывает гиперреакцию иммунной системы, вызывая выраженное воспаление, отеки и свертывание крови».

Фагмиды инфицируют целевые бактерии плазмидами

В предыдущей работе ученые уже создали бактериофаги, которые высвобождают белки, что усиливают эффективность антибиотиков без разрушение бактериальных клеток.

В новом исследовании ученые создали частицы, которые работают тем же способом – они нацеливаются и убивают определенные бактерии, не вызывая разрушение их клеток и высвобождения их токсинов.

Ученые назвали эти частицы «фагмидами», так как они инфицируют целевые бактерии плазмидами – небольшими молекулами ДНК, которые могут копировать сами себя внутри клеток.

Используя синтетическую биологию, исследователи создали плазмиды для экспрессии белков и пептидов (короткие цепи аминокислот), которые были токсическими для клеток бактерий. Токсины были предназначены для прерывания ключевых клеточных процессов, таких как репликация, в результате чего бактериальная клетка умирала без разрушения.

Ученые систематически проверили большое количество пептидов и токсинов, и показали, как, когда некоторые из них объединяются в фагмиды, они убивают большинство бактериальных клеток в культуре.

Профессор Коллинс объясняет, чтомМетод, разработанный исследователями, высоко целенаправленный – он атакует только определенные виды бактерий, а это значит, что Вы можете использовать его для лечения инфекционного заболевания без вреда для остального микробиома.

Устойчивость, скорее всего, развивается медленнее

Исследователи говорят, что воздействие фагмидов, кажется, не вызывает развития никакой значимой резистентности, предположив, что можно проводить несколько курсов лечения фагмидами для достижения лучшего эффекта.

Профессор Коллинс говорит, что он ожидает, что бактерии, в конечном итоге, могут стать устойчивыми, но, вероятно, эта резистентность будет развиваться медленнее, чем при использовании бактериофагов.

Он предсказывает использование фагмидов вместе с быстрыми диагностическими тестами, которые в настоящее время разрабатываются, что позволит врачам проводить лечение специфических инфекционных заболеваний, и объяснил: «Вы сможете сначала провести быстрый диагностический тест для выявления бактерий, которые имеет Ваш пациент, а затем назначить соответствующие фагмиды для уничтожения патогенов».

Ученые экспериментировали с фагмидами, разработанными для уничтожения Escherichiacoli, а сейчас планируют разработать более широкий спектр, который сможет уничтожить такие патогены, как Clostridiumdifficile и Vibriocholerea (бактерия, что вызывает холеру).

Альфонсо Харамильо, профессор синтетической биологии из Университета Уорика в Великобритании, не принимавший участия в исследовании, говорит, что ученые создали улучшенный метод фаготерапии, который может заменить антибиотики в будущем.