03:00 
Поскольку устойчивые к антибиотикам инфекции растут и, по прогнозам, к 2050 году они будут вызывать до 10 миллионов смертей в год, ученые рассматривают бактериофаги, вирусы, поражающие бактерии, в качестве альтернативы. Новое исследование показывает, как эти фаги используют крошечную молекулу РНК, называемую PreS, для захвата бактериальных клеток и ускорения их собственной репликации. Действуя как скрытый генетический «переключатель», который перепрограммирует ключевые бактериальные гены, PreS помогает вирусу более эффективно копировать свою ДНК, предлагая важную информацию, которая могла бы помочь в разработке более разумных методов лечения на основе фагов.
Новое исследование Еврейского университета в Иерусалиме показывает, как вирусы, заражающие бактерии, называемые бактериофагами или «фагами», используют крошечный кусочек генетического материала, чтобы захватывать бактериальные клетки и создавать больше копий самих себя.
Исследование показывает, что очень маленькая молекула РНК, называемая PreS, действует как скрытый «выключатель» внутри бактериальной клетки. Щелкнув этот переключатель, вирус может изменить работу бактериальных клеток и способствовать распространению инфекции.
Устойчивость к антибиотикам — одна из крупнейших глобальных угроз здоровью нашего времени. По оценкам, к 2050 году инфекции, вызванные устойчивыми к антибиотикам бактериями, могут ежегодно убивать до 10 миллионов человек во всем мире. Одной из многообещающих разрабатываемых альтернатив является фаговая терапия с использованием вирусов, которые специфически атакуют бактерии, а не полагаться только на антибиотики.
Раскрывая, как фаги используют такие инструменты, как PreS, для контроля над бактериальными клетками, это исследование дает важные базовые знания, которые могут помочь ученым разработать более разумные и эффективные методы лечения фагами в будущем.
Вирусный микроменеджер
Исследовательская группа Еврейского университета под руководством доктора Сахара Меламеда, аспиранта Авиезер Сильверман, студентка магистратуры Раним Нашеф и компьютерный биолог Реут Вассерман в сотрудничестве с профессором Идо Голдингом из Университета Иллинойса Урбана-Шампейн обнаружили, что фаг создает небольшую молекулу РНК под названием PreS, которая действует как молекулярный переключатель.
До сих пор большинство исследований фагов было сосредоточено на вирусных белках. Это исследование показывает, что фаги также используют молекулы РНК для быстрого перепрограммирования клетки-хозяина после того, как бактериальные гены уже были прочитаны и бактериальные сообщения (мРНК) были созданы, что добавляет дополнительный уровень контроля во время инфекции.
PreS прикрепляется к этим важным бактериальным сообщениям и настраивает их таким образом, что помогает вирусу копировать свою ДНК и более эффективно продвигаться к стадии, на которой новые вирусы производятся и вырываются из клетки, убивая бактерию.
Использование передовых методов. Для картирования взаимодействий РНК-РНК (названных RIL-seq) исследователи обнаружили, что одной из ключевых целей PreS является бактериальное сообщение, которое создает DnaN, белок, который играет центральную роль в копировании ДНК. Помогая клетке вырабатывать больше ДНК, PreS дает вирусу мощный старт в процессе заражения.
Прорывая защиту клетки
Интересно, что PreS работает путем изменения формы сообщения бактериальной ДНК.
Обычно часть этого сообщения плотно свернута, что затрудняет доступ к клеточным машинам, производящим белок (рибосомам). PreS связывается с этой складчатой ??областью, открывает ее и позволяет рибосомам более эффективно читать и транслировать сообщение.
Результат: больше белка DnaN, быстрее копируется вирусная ДНК и усиливается инфекция. Когда исследователи удаляли PreS или разрушали место, где он связывался, фаг становился слабее, размножался медленнее, а его разрушительная фаза откладывалась.
Окно в новый класс вирусных инструментов
Это открытие особенно поразительно, поскольку малые РНК традиционно не рассматривались как основные игроки в фаговой биологии. Тем не менее, PreS высококонсервативен во многих родственных вирусах, что позволяет предположить, что фаги могут иметь общий «инструментарий» малых РНК, который ученые только начинают открывать.
«Эта небольшая РНК дает фагу еще один уровень контроля», — говорит доктор Сахар Меламед. «Регулируя основные бактериальные гены в нужный момент, вирус повышает свои шансы на успешную репликацию. Что нас больше всего удивило, так это то, что фаг лямбда, один из наиболее интенсивно изучаемых вирусов на протяжении более 75 лет, до сих пор скрывает секреты. Обнаружение неожиданного регулятора РНК в такой классической системе предполагает, что мы уловили лишь одну нить того, что может быть совершенно более богатым и сложным гобеленом РНК-опосредованного контроля в фаги."
Взгляд в будущее: к более эффективной фаговой терапии
Понимание того, как фаги контролируют бактериальные клетки, имеет решающее значение как для фундаментальной науки, так и для будущих медицинских приложений. Пока мир ищет решения для борьбы с инфекциями, устойчивыми к антибиотикам, фаги вызывают растущий интерес как целенаправленная и гибкая терапия.
Такие открытия, как PreS, показывают, что даже самые маленькие вирусные молекулы могут оказать большое влияние на успех инфекции.
