Геномные «острова», развившиеся из вирусов, могут быть преобразованы в «дронов», выводящих из строя бактерии Staphylococcus aureus, часто устойчивые к антибиотикам и представляющие угрозу для безопасного лечения в больницах, показало новое исследование.
Исследование, проведенное исследователями из Медицинской школы Нью-Йоркского университета и опубликованное в Интернете в журнале Nature Biotechnology 24 сентября, показало, что определенный тип бактериальной ДНК может быть сконструирован для замены вызывающих болезни генов на гены, убивающие или калечащие бактерии.
Тип ДНК, представленный в исследовании, «остров патогенности», произошел от вирусов, которые постоянно оставались в бактериях, которых они заражали, чтобы стать частью их генетической системы. В результате получается гибридная сущность, содержащая полезные гены, передаваемые бактериями при размножении, но в некоторых случаях вырезанная из бактериальной суперструктуры и упакованная подобно вирусу в белковую оболочку (капсид), которая может вводить свою ДНК. в другие бактериальные клетки.
Эта смесь эволюционных скачков превратила геномные острова в идеальные беспилотные транспортные средства для доставки генетической полезной нагрузки в популяции бактерий, говорят авторы исследования. При введении мышам со смертельной стафилококковой инфекцией исследовательская группа разработала островки патогенности S. aureus (SaPI), которые убивали бактерии и спасали животных, получавших лечение..
Учитывая наблюдаемую до сих пор эффективность и показатели безопасности связанных с этим попыток лечения, мы собираемся протестировать наши дроны против стафилококковой инфекции, которая мешает производству молока у крупного рогатого скота, а в случае успеха - у людей со стафилококком. инфекций», - говорит старший автор исследования Ричард П. Новик, доктор медицинских наук, семейный профессор наук Реканати в Институте биомолекулярной медицины Скирболла в Медицинской школе Нью-Йоркского университета и член Национальной академии наук.
«Это чрезвычайно полезный опыт - провести долгую карьеру, изучая инфекцию, а затем прийти к потенциально новому способу ее лечения», - говорит Новик, получивший степень доктора медицины в Медицинской школе Нью-Йоркского университета. с тех пор изучаю Staph.
Одна треть человечества являются носителями золотистого стафилококка, как правило, без симптомов. Но у людей с ослабленной иммунной системой могут развиться опасные для жизни инфекции в кровотоке, легких (пневмония) или органах (сепсис). S. aureus долгое время представлял угрозу в больницах, где есть множество поверхностей для колонизации бактерий, а в последнее время он стал растущей проблемой в обществе (например, спортивные залы, игровые площадки, школы, военные казармы и кабинеты врачей).
Кроме того, антибиотики, используемые против стафилококка, становятся менее эффективными, потому что все большее число штаммов становятся устойчивыми к этим препаратам. Поскольку многие стафилококковые инфекции теперь не поддаются лечению после десятилетий чрезмерного использования антибиотиков, в этой области срочно ищут новые способы борьбы с инфекциями.
Заимствование вирусных трюков
Именно во время исследования в 1980-х годах гена под названием TSST1, который вызывает опасное осложнение стафилококковой инфекции, называемое синдромом токсического шока, Новик и его коллеги впервые обнаружили, что островок патогенности несет TSST1 как часть своего груза. Последующие усилия команды по разработке беспилотников выросли из понимания того, что бактерии Staph зависят от геномных островов для обмена полезными генами. Таким образом, вся популяция получает выгоду, когда любая клетка натыкается на изменение, помогающее ей выжить, а не только ее потомство..
«Естественная роль островов в таком переносе генов сделала их новым подходом к лечению, если бы их можно было заставить содержать гены, препятствующие размножению бактерий, а не поощряющие инфекцию», - говорит Хоуп Росс, доктор философии, давний член лаборатории. В 2013 году Росс впервые увидел этот потенциал и предложил лаборатории сосредоточиться на нем.
В качестве первого теста команда добавила на свой остров последовательность CRISPR/Cas9, генетическую систему, которая нацеливается и разрезает цепь ДНК в целевом гене, что является смертельным событием для бактерий. Другой дрон, изученный командой, содержит ген фермента лизостафина, который непосредственно убивает бактерии, разрушая их клеточные стенки. Команда также изучила подход CRISPR с потенциалом отключения нескольких болезнетворных бактериальных генов без уничтожения бактерий, что обещает предотвратить превращение инфекций в устойчивые к дронам.
Исследование Новика также привело к другому важному выводу. «Система дронов не будет, как антибиотики, нарушать микробиомы пациентов, смесь бактерий в кишечнике, некоторые виды которых необходимы для пищеварения и общего состояния здоровья», - говорит он.