Результаты исследования учёных из Сколтеха и научных центров в Швеции и Швейцарии помогли лучше понять, как устроено взаимодействие между бактериями и фагами — вирусами, которые заражают клетки бактерий. Открытие может стать важным этапом на пути развития новых способов борьбы с инфекциями. Работа опубликована в журнале Cell Reports.  

Микроорганизмы, вызывающие заболевания, становятся всё более устойчивыми к действию антибиотиков. Учёные по всему миру занимаются поиском новых способов борьбы с патогенными бактериями, один из которых — фаговая терапия. Бактериофаги — природные «хищники» и враги бактерий, которые обладают высокой специфичностью к распознаванию конкретных видов. Они безопасны для организма человека и имеют природное происхождение, а обнаружить их можно везде, где есть жизнь и бактерии. Фаги изучали ещё более ста лет назад, но вскоре интерес учёных к ним снизился из-за открытия антибиотиков. 

«Наша лаборатория в Сколтехе занимается исследованием новых систем бактериального иммунитета. В последние годы биоинформатики предсказали очень много новых противовирусных систем и возникла практически целая область — микробная иммунология. Для большинства из этих систем не установлены молекулярные механизмы действия, поэтому один из способов понять, как работает микробный иммунитет, — это выяснить, как вирусы научились справляться с его действием. Взаимодействие между вирусами и бактериями можно сравнить с гонкой вооружений: когда у бактерий появляется новая стратегия защиты, она оказывает сильное давление на противоборствующую сторону — фаги. Можно ожидать, что скоро возникнут такие варианты фагов, которые научились каким-то образом противодействовать иммунитету бактерий. Это запускает новый этап адаптации со стороны бактерий, а такая активная конкуренция приводит к возникновению огромного разнообразия противовирусных систем», — рассказывает руководитель Лаборатории анализа метагеномов и соавтор исследования Артём Исаев.

В работе учёные исследовали систему иммунитета BREX (от англ. bacteriophage exclusion) — защитный механизм бактерий в борьбе с фагами — и показали, что бактериофаг Т3 способен инфицировать BREX-культуру, только если экспрессирует специальный фермент — SAM-лиазу, разрушающий S-аденозилметионин, важный клеточный метаболит.

«SAM используется как донор метильных групп, которые могут регулировать экспрессию генов, а в случае BREX-системы метильная группа также служит меткой, позволяющей бактерии отличить собственную ДНК от неметилированной ДНК вируса. Однако оказалось, что как раз-таки метилирующая функция BREX не была затронута при экспрессии SAM-лиазы, в то время как BREX-защита была нарушена. Можно предположить, что SAM также является кофактором, необходимым для ингибирования вирусной инфекции BREX-системой», — объясняет процедуру исследования Артём Исаев.

По словам исследователей, во многих странах уже создаются банки бактериофагов и развиваются проекты, позволяющие модифицировать вирусные частицы так, чтобы можно было сконструировать бактериофаг, эффективный против патогенного микроорганизма, обнаруженного в организме конкретного пациента. 

«Мы всё ещё мало знаем о том, какие антизащитные белки кодируют фаги, но именно эти белки во многом определяют успешность заражения клеток бактерий в природных условиях, с учётом огромного разнообразия иммунных систем, обнаруживаемых в том числе и в патогенных бактериях. Наша работа вносит свой вклад в построение сети взаимодействий между вирусными антизащитными белками и системами бактериального иммунитета. Это необходимо будет учитывать на следующем этапе развития фаговой терапии, при создании фагов, способных целенаправленно уничтожать клетки „нежелательных” микроорганизмов», — добавляет Артём Исаев. 

Сколтех — негосударственный международный университет, который готовит новое поколение лидеров в области науки, технологий и бизнеса, проводит передовые исследования по приоритетным направлениям научно-технологической повестки, содействует внедрению технологий и развитию предпринимательства. В институте работают центры по направлениям искусственного интеллекта, наук о жизни, здоровье и агротехнологиях, современных материалов и инженерии, энергоэффективности и энергоперехода, телекоммуникаций, фотоники и квантовых технологий, а также перспективных исследований. Основанный в 2011 году в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом, Сколтех дважды вошёл в топ-100 лучших молодых университетов мира престижного рейтинга Nature Index (2019 и 2021 год), а в 2022 году стал лучшим в России университетом в области компьютерных наук, генетики и молекулярной биологии по версии рейтинга Research.com.