Традиционная терапия бактериофагами — вирусами, убивающими бактерии, — долгое время опиралась на поиск природных штаммов, что ограничивало возможности медицины в условиях глобального роста устойчивости к антибиотикам. Новая технология, опубликованная в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, позволяет собирать вирусный геном из десятков синтетических фрагментов, как из деталей Лего.
Ученые синтезировали искусственный вирус для борьбы с супербактериями
Ученые из компании New England Biolabs создали систему полной сборки синтетических бактериофагов для уничтожения синегнойной палочки. Используя метод Golden Gate Assembly, исследователи научились конструировать вирусные геномы «с нуля» на основе цифровых данных, минуя сложные этапы работы с живой биологией.
Бактериофаги атакуют бактерию. https://www.draliabadi.com/wp-content/uploads/2021/02/bacteriophage-therapy.webp
Критическая сложность работы с природными фагами заключается в их узкой специализации: вирус может убивать один штамм бактерии, но быть бесполезным против другого. Синтетический метод позволяет «перешивать» белки, которыми вирус цепляется за жертву. Фактически, ученые превращают фаг в программируемую платформу. Если бактерия мутирует и вырабатывает защиту, исследователи могут оперативно изменить код синтетического вируса, возвращая ему эффективность, что невозможно в рамках классической фармакологии.
В ходе эксперимента ученые воссоздали фаг Pseudomonas aeruginosa из 28 фрагментов ДНК, попутно наделив его новыми свойствами. Путем точечных мутаций и вставок исследователи изменили структуру «хвостовых нитей» вируса, что позволило расширить спектр поражаемых им бактерий, а внедрение флуоресцентных маркеров дало возможность наблюдать за процессом инфекции в режиме реального времени.
Схема атаки бактериофага.
Соавтор работы Энди Сиккема отмечает: «Даже в лучших случаях инженерная биология бактериофагов была чрезвычайно трудоемкой. Исследователи тратили целые карьеры на разработку процессов модификации конкретных моделей. Этот синтетический метод предлагает технологический скачок в простоте, безопасности и скорости, прокладывая путь к новым терапевтическим открытиям».
Оружие направленного действия
Главное преимущество платформы HC-GGA заключается в возможности редактировать вирус вне живой клетки. Ученым больше не нужно полагаться на трудоемкий скрининг или многократные итерации правок внутри патогенных бактерий.
Схема сборки искусственного бактериофага.
Вместо этого они создают идеальный чертеж генома в цифровом виде и воплощают его в биохимической смеси. Этот подход снимает проблему токсичности длинных фрагментов ДНК, что раньше было серьезным препятствием.
Как образно выразился соавтор исследования Грег Ломан: «Моя лаборатория создает "необычные молотки", а затем ищет подходящие гвозди. В данном случае сообщество разработчиков фаговой терапии сказало нам: "Это именно тот молоток, которого мы ждали"». Теперь создание вирусов-по-требованию для лечения конкретного пациента становится вопросом недель, а не десятилетий.