Исследователи в Лунде обнаружили антитоксиновый механизм, который, по-видимому, способен нейтрализовать сотни различных токсинов и защитить бактерии от вирусных атак. Механизм был назван Панацеей в честь греческой богини медицины, чье имя стало синонимом универсального лекарства. Исследователи говорят, что понимание механизмов бактериального токсина и антитоксина будет иметь решающее значение для будущего успеха так называемой фаговой терапии для лечения инфекций, устойчивых к антибиотикам. Исследование опубликовано в PNAS.
Так называемые системы токсин-антитоксин, своего рода выключатель во многих бактериальных ДНК-геномах, все чаще обнаруживаются для защиты бактерий от нападения бактериофагов - вирусов, заражающих бактерии. Активация токсинов позволяет бактериальным популяциям входить в своего рода блокировку, которая ограничивает рост и, следовательно, распространение вируса. Таким образом, понимание разнообразия, механизмов и эволюции этих систем имеет решающее значение для возможного успеха фаготерапии для лечения инфекций, устойчивых к антибиотикам. - Пары токсин-антитоксин состоят из гена, кодирующего токсин, резко подавляющий рост бактерий, и соседнего гена, кодирующего антитоксин, противодействующий токсичному эффекту. Это все равно, что держать бутылку с ядом на полке рядом с бутылкой с противоядием. В то время как ранее было замечено, что пары токсин-антитоксин эволюционировали, чтобы ассоциироваться с новыми токсинами или антитоксинами, масштабы нейтрализующей способности, наблюдаемые с Панацеей - так называемая гиперпромискуитетность - беспрецедентны, объясняет исследователь и руководитель группы Джемма Аткинсон из Лундского университета. изучение.
Аспирант и соавтор Чаян Кумар Саха создал компьютерную программу для анализа типов генов, которые находятся рядом друг с другом в бактериальных геномах. Затем команда использовала этот инструмент для предсказания новых генов антитоксинов, обнаруженных рядом с некоторыми очень мощными токсинами, над которыми они работали ранее. «Мы были поражены открытием, что одна конкретная антитоксиновая белковая складка может быть обнаружена в токсин-антитоксиноподобных соединениях с десятками различных видов токсинов. Многие из этих токсинов являются новыми для науки».
Другой первый автор, Тацуаки Курата, Лундский университет, экспериментально подтвердил, что некоторые из этих систем являются настоящими токсинами, нейтрализуемыми соседними антитоксинными генами.
Исследование показывает, что то, что мы знаем о разнообразии систем токсин-антитоксин, вероятно, является лишь верхушкой айсберга, и что может быть ряд подобных систем, которые до сих пор оставались незамеченными. - Помимо того, что это важно для понимания странного и прекрасного мира бактериальной биохимии, открытие новых систем токсин-антитоксин важно для так называемой фаговой терапии против инфекций, устойчивых к антибиотикам. Поскольку бактерии становятся все более устойчивыми к антибиотикам, необходимы другие подходы для устранения инфекций.
Принцип фаготерапии заключается в том, чтобы лечить пациентов коктейлями из бактериофагов - вирусов, заражающих бактерии, - чтобы убить бактерии, вызывающие инфекцию. Однако бактерии имеют различные защитные системы для защиты от фагов, в том числе системы токсин-антитоксин.
«Таким образом, идентификация систем токсин-антитоксин патогенов может помочь нам в будущем разработать фаговую терапию, которая сможет противодействовать этому уровню защиты», - объясняет Джемма Аткинсон.
Итак, каков следующий шаг исследования?
Сейчас мы пытаемся найти новые системы токсин-антитоксин в универсальном масштабе и понять их участие в защите от фагов. Нас также интересуют возможные биотехнологические применения систем токсин-антитоксин, учитывая, что эти системы могут быть мыслится как двухпозиционные переключатели основных аспектов бактериальной биологии. Полный набор систем токсин-антитоксин может стать молекулярным набором инструментов для настройки бактериального метаболизма и контроля ресурсов бактериальных клеток. Это может быть важно в ситуациях промышленного и фармацевтического производства, когда бактерии используются для производства нужных молекул».