В 2016 году Всемирная организация здравоохранения назвала устойчивость к антибиотикам «одной из самых больших угроз глобальному здравоохранению, продовольственной безопасности и развитию на сегодняшний день». В объявлении упоминается растущий список инфекций, таких как туберкулез и гонорея, лечение которых с каждым годом становится все труднее по мере роста устойчивости к существующим антибиотикам. Тем не менее, антибиотики необходимы - без них человеческая раса страдала бы от хронических инфекций. Так как же можно обеспечить непрерывное лечение, а также справиться с тревожным ростом резистентности?
Одно из возможных решений заключается в уникальном типе хищных бактерий, которые питаются другими бактериями, например теми, которые вызывают болезни. Названная «живыми антибиотиками», эта группа плотоядных животных привлекла внимание исследователей, в том числе сотрудников Окинавского института науки и технологий (OIST). В недавно опубликованной статье в ACS Synthetic Biology исследователи OIST предприняли первые шаги к генетическим манипуляциям с одним из таких крошечных каннибалов, B. bacteriovorus. Они определили инструменты, которые могут позволить манипулировать генами, влияющими на хищническое поведение этой бактерии.
«В будущем мы хотим контролировать хищничество бактерий - время и степень хищничества», - объясняет доктор. Мохаммед Двидар из отдела химии и инженерии нуклеиновых кислот и первый автор статьи. «[На данный момент] нам не хватает базовых инженерных инструментов, чтобы сделать это».
Б. bacteriovorus безвреден для человека, но смертелен для своей добычи - грамотрицательных бактерий, в число которых входят вредители, такие как кишечная палочка, сальмонелла, легионелла и другие. Таким образом, возможность контролировать его потенциально может лечить множество различных типов инфекций. Однако из-за его необычного хищнического характера и других уникальных особенностей генетические манипуляции с B. bacteriovorus ограничены.
Исследователи OIST использовали рибопереключатели, которые представляют собой инструменты, контролирующие экспрессию генов, которые, как известно, хорошо функционируют у других бактерий, чтобы решить проблему понимания хищничества B. bacteriovorus и манипулирования им. Способ экспрессии гена следует определенному пути: ДНК превращается в РНК посредством транскрипции, РНК превращается в белки посредством трансляции, а затем белки выполняют различные функции. Рибопереключатель вступает в действие на этапе трансляции. Поместив рибопереключатель в начало цепи РНК, а затем «активировав» его химическим веществом, рибопереключатель может запустить или остановить трансляцию РНК в белок.
Для своего исследования исследователи OIST вставили рибопереключатель в один из генов, которые, как считается, важны для хищнического поведения B. bacteriovorus: жгутиковый сигма-фактор fliA. Затем они активировали его химическим веществом теофиллином. После помещения модифицированных бактерий в чашки Петри вместе с восхитительной добычей E. coli оказалось, что модифицированные B. bacteriovorus размножаются быстрее в присутствии теофиллина, чем в его отсутствие. Это более быстрое размножение означает, что B. bacteriovorus быстрее поедал свою добычу и, следовательно, быстрее размножался. Это, в свою очередь, показывает, что теофиллин может контролировать жизненный цикл хищников.
В дополнение к конечной цели «живого антибиотика», есть много других потенциальных применений легко манипулируемого B.клетки бактериофагов. «Людям нужны органические продукты без химикатов, - объясняет доктор Двидар. «Хищные бактерии могут быть потенциально безопасной альтернативой антибактериальным средствам при некоторых заболеваниях растений. Мы также можем использовать их в промышленности, например, на водоочистных сооружениях».
«В будущем вы сможете распылять эти бактерии на свежие продукты, чтобы защитить их от пищевого отравления», - добавляет профессор Йохей Ёкобаяси, который также принимал участие в исследовании.
Следующим шагом, имеющим результаты исследователей OIST, является изучение B. bacteriovorus и инструментов, которые могли бы контролировать его поведение, чтобы в один прекрасный день полностью реализовать его антибиотический потенциал.