24.12.2023

Ученые МГУ в составе международного коллектива расшифровали структуру бактериофага кишечной палочки для использования в биоинженерии

Ученые МГУ приняли участие в расшифровке структуры бактериофага кишечной палочки для использования в биоинженерии

Ученые биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова в сотрудничестве с исследователями ФИЦ Биотехнологии РАН, Окинавского института науки и технологий (Япония) и совместного Российско-Китайского университета МГУ-ППИ (Шэнчьжэнь, Китай) при помощи метода крио-ЭМ впервые получили практически полную атомную структуру Т5-подобного бактериофага DT57C. Результаты работы могут послужить для разработки генно-инженерных фагов для борьбы с бактериальными инфекциями. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Появление штаммов патогенных бактерий, устойчивых к большому ряду современных антибиотиков, представляет собой значительную угрозу для эффективности антибактериальных методов лечения. Использование препаратов на основе бактериофагов – перспективное решение данной проблемы, так как бактериофаги, в отличие от антибиотиков, обладают особым механизмом действия, который нацелен только на патогенные бактерии, оставляя полезные бактерии и весь микробиом незатронутым.

На данный момент cреди бактериофагов, используемых в борьбе с инфекциями, большинство относится к категории хвостатых фагов, которые прикрепляются к бактерии-хозяину с помощью хвостовых волокон и прокалывают клеточную стенку бактерии, что позволяет ввести вирусный генетический материал в клетку-хозяина. Наиболее перспективными из них считаются бактериофаги группы Т5. Но в настоящее время структура Т5 не решена полностью, архитектура соединения между хвостом и капсидом остается неизвестной.

В рамках проведенного исследования, при поддержке международного гранта РНФ ученые получили атомную модель родственного T5 бактериофага DT57C с разрешением 2,9 Å (рис. 1). Получению таких моделей как правило препятствуют трудности, связанные с несоответствием симметрии разных частей бактериофага, высокой гибкостью хвоста и, соответственно, отсутствием возможности выполнить моделирование всего фага целиком, единовременно.

«Многолетнее бесконтрольное применение антибиотиков в практике сельского хозяйства привело к появлению полирезистентных штаммов зоопатогенных бактерий, устойчивых к целым группам антибиотиков. Для предотвращения вспышек бактериальных заболеваний в сельском хозяйстве необходима разработка альтернативных технологий. Одной из перспективных в данном направлении технологий является биологический контроль популяций патогенов препаратами на основе бактериофагов. Для этого они должны быть максимально полно, в том числе структурно, охарактеризованы, что и являлось целью нашей работы», – рассказала Ольга Соколова, профессор биологического факультета, доктор биологических наук, профессор РАН.

В рамках исследования были выявлены уникальный способ прикрепления боковых хвостовых фибрилл к кончику хвоста, а также необычный состав шейки фага, собранный из трех белковых колец, а не из четырех, как у других фагов. Кроме этого, подробно был изучен механизм выброса ДНК при прикреплении бактериофага к клетке-хозяину.

Реконструкция строения Т5-подобных вирусов предоставляет ценную информацию для последующей структурно-направленной биоинженерии.

Рисунок: Атомная модель вириона DT57C

Источник: Пресс-служба МГУ