Fagii adoră să ucidă bacteriile - cum ar putea fi folosiți ca antibiotice?

Bacteriofagii, sau pe scurt fagii, sunt virusuri care atacă și distrug bacteriile prin injectarea propriei informații genetice în celulele-țintă, blocând apoi mecanismele bacteriene pentru a se multiplica. După ce produc un număr foarte mare de copii, bacteriile „explodează” eliberând noi particule virale.
Interesul pentru folosirea fagilor ca agenți terapeutici în infecțiile bacteriene datează de peste un secol, dar a scăzut odată cu descoperirea antibioticelor clasice. În prezent, rezistența bacteriană la antibiotice a redevenit o problemă majoră în medicină, motiv pentru care se caută noi abordări - inclusiv revenirea la terapii bazate pe fagi.

Într-un studiu recent realizat la University of California - San Francisco și publicat în revista Nature, cercetătorii au investigat modul în care un tip special de virus (numit fag jumbo) își protejează materialul genetic. Scopul acestei descoperiri este de a dezvolta noi strategii de combatere a bacteriilor rezistente la antibiotice.

Caracteristicile fagilor jumbo

Acest studiu s-a concentrat pe un fag jumbo care are de peste patru ori mai mult ADN decât un fag obișnuit. Cantitatea impresionantă de material genetic îi permite să construiască, în interiorul bacteriei, un spațiu restricționat în care ADN-ul să fie protejat de un înveliș proteic flexibil.

Metoda de lucru și descoperirea „strângerii de mână”

Echipa coordonată de Joseph Bondy-Denomy, PhD, și doctorandul Claire Kokontis, BS, a utilizat bacterii Pseudomonas, cunoscute pentru rezistența lor la majoritatea antibioticelor.

Principala descoperire este că scutul proteic se bazează pe o serie de interacțiuni specifice - numite metaforic „strângeri de mână secrete”. Acestea permit doar proteinelor utile să pătrundă în spațiul unde ADN-ul fagului este copiat, împiedicând astfel sistemele de apărare bacteriană să distrugă materialul genetic viral.

Rolul proteinelor importatoare

Cercetătorii au identificat un ansamblu de proteine ale fagului, printre care se remarcă Importer1 (Imp1), care reprezintă nodul central al acestor interacțiuni.  

• Imp1 se leagă de proteinele care „merită” să treacă de bariera proteică.  
• Alte proteine importatoare joacă rol de ajutoare pentru Imp1, facilitând „transportul” prin scut.  
• Fiecare proteină ce pătrunde în zona protejată interacționează cu Imp1 într-un mod unic, cum ar fi atingerea unui „deget” sau a unui „deget diferit” al marii proteine centrale.

Rezultate

• Protecție împotriva mecanismelor de apărare bacteriană: Scutul proteic izolează ADN-ul fagului de atacurile enzimatice ale bacteriei, creând un micro-mediu favorabil replicării virale.
• Rolul critic al „strângerilor de mână”: S-a demonstrat că importul selectiv de proteine esențiale prin Imp1 și proteinele asociate este esențial pentru succesul infectării bacteriei și multiplicarea fagului.
• Adaptare pentru viitoare terapii: Cercetătorii au dezvăluit că înțelegerea acestor interacțiuni este crucială pentru ingineria genetică a fagilor, astfel încât să devină mai rezistente la contraatacurile bacteriene și mai eficiente în distrugerea microorganismelor patogene.
• Potențial terapeutic și oncolitic: Prin tehnici CRISPR, echipa a reușit deja să modifice genetic această familie de fagi. Pe viitor, fagii „personalizați” ar putea fi folosiți pentru a furniza medicamente specifice sau chiar a ataca anumite tipuri de celule implicate în cancerul cu componentă bacteriană.

Mesajul-cheie al cercetării este că, prin înțelegerea modului în care fagii jumbo își construiesc și își apără „fortăreața genetică”, putem crea antibiotice noi și terapii bazate pe fagi mult mai eficiente împotriva bacteriilor care au devenit rezistente la tratamentele convenționale. Rezultatele oferă o bază științifică solidă pentru dezvoltarea unor strategii inovatoare menite să rezolve o problemă majoră de sănătate globală.