Болезнь растений, вызванная бактерией Erwinia amylovora, вызывает у садоводов ужас. Он поражает яблони, груши и другие растения семейства розацеа, и если дерево заболевает, его обычно приходится вырубать и сжигать.
Возбудитель бактериального ожога трудно контролировать. В исключительных случаях фермеры могут использовать антибиотик стрептомицин, но даже он не может предотвратить распространение возбудителя через насекомых-опылителей.
Используйте врага врага
Исследователи под руководством профессора ETH Мартина Лесснера представили новую стратегию борьбы: они использовали бактериальный вирус (бактериофаг), обозначенный Y2, который поражает исключительно возбудитель бактериального ожога, и оснастили его дополнительными генами. Это позволило им создать высокоэффективное и специфическое оружие против бактерии Erwinia.
Нативная форма Y2 является естественным убийцей Erwinia, но она не способна адекватно проникать через толстый слой слизи, защищающий бактерию. На самом деле, эта углеводная слизь очень жесткая и закупоривает сосудистую систему растений, вызывая увядание цветов и листьев.
Тем не менее, это не мешает другому бактериофагу, названному L1, атаковать Erwinia. Этот вирус имеет особые ферменты, которые могут эффективно растворять слизь. Однако он не так эффективен для уничтожения возбудителя бактериального ожога.
Оборудование Y2 способностью растворять слизь
Включив ген этого фермента из L1 в фаг Y2, исследователи создали генетически модифицированный вариант, сочетающий в себе свойства обоих: он способен эффективно растворять свой слизистый слой, обладает высокой заразностью и летальным исходом для фага Y2. Бактерия Erwinia.
Как только Y2 попадает в бактерию, она начинает массово размножаться. Он растворяет бактерию изнутри наружу, освобождая себя для атаки других бактерий. Таким образом, в окружающую среду в больших количествах попадают ферменты, растворяющие слизь, что ускоряет распад слизистого слоя на дальнейших бактериях и тем самым облегчает их заражение. Деструктивный процесс затем быстро прогрессирует.
«Оптимизированный бактериофаг оказался очень эффективным против возбудителя бактериального ожога не только в лаборатории, но и на зараженных цветках яблони», - говорит Лёсснер. Испытания проводились с зараженным растительным материалом в теплицах уровня безопасности. Полевые испытания не проводились: «Фитофтороз - одно из самых страшных заболеваний растений, экспериментировать в поле нельзя», - подчеркивает Лёсснер.
Превратить вирус в датчик
Исследователи не только создали бактериальный убийцу, они также использовали другой ген для получения второго варианта Y2, который помогает обнаруживать возбудитель бактериального ожога. Ген гарантирует, что бактерии начинают светиться при заражении бактериофагами. Этот свет можно легко измерить и использовать для специфического обнаружения патогена.
Этот метод не только быстр и надежен, но и очень чувствителен: «С помощью наших сенсорных фагов достаточно нескольких тысяч инфицированных бактерий, чтобы напрямую обнаружить бактериальный ожог», - говорит Лесснер. Предыдущие методы обнаружения были намного медленнее, менее чувствительными и иногда давали ложные результаты. Поскольку сенсорный фаг Y2 заражает только Erwinia, в новом тесте это не так.
Высокая специфичность как основа для обнаружения Salmonella
Лёсснер и его коллеги также использовали тот факт, что бактериофаги, как правило, очень специфичны для хозяина, еще одним способом: для обнаружения сальмонеллы. Во второй статье, также опубликованной в журнале Applied and Environmental Microbiology, они показали, как они использовали синтетически полученные компоненты бактериофагов для разработки универсального метода обнаружения сальмонеллы. Это означает, что все 2 500 известных подтипов могут быть обнаружены; предыдущие методы, основанные на антителах, распознавали только часть этих вариантов и также были медленнее.
Команда Лесснера воспроизвела определенный компонент сальмонеллез-специфического бактериофага S16. Этот компонент - хвостовое волокно вируса - имеет сферический терминальный связывающий белок, который может прикрепляться к двум специфическим поверхностным структурам всех типов сальмонелл. Волокно искусственного хвоста вместе со структурой распознавания было прикреплено к поверхности микроскопически маленьких магнитных шариков.
Это позволяет проверять практически любые жидкости и образцы на наличие и количество сальмонеллы. Как только бактерии связываются с волокнами на магнитных шариках, в тестовом контейнере образуется нечто вроде ржавого агрегата, который можно легко отделить с помощью внешнего магнита.