„Toto není nová válka“: Jak nám bitva mezi viry a bakteriemi může pomoci porazit superbugs
Pokud by bakterie měly seznam věcí, které by se měli bát, fágy by byly nahoře. Tyto viry jsou postaveny tak, aby je našly, infikovaly a zabíjely – a dělají to po dobu miliard let. Nyní, když starověká bitva nabízí stopy za to, jak bychom mohli bojovat proti infekcím rezistentním na antibiotika.
Vzhledem k tomu, že se více bakterií vyvíjí tak, aby odolaly našim antibiotikům, jsou dříve léčitelné infekce stále těžší – a v některých případech nemožné – vyléčit. Tato krize, známá jako antimikrobiální rezistence (AMR), již způsobuje celosvětově více než milion úmrtí ročně a počet rychle roste. The Světová zdravotnická organizace jmenoval AMR jednu z deseti nejlepších globálních hrozeb veřejného zdraví.
Fágová terapie – použití fágů k léčbě bakteriálních infekcí – získává pozornost jako potenciální řešení. Fágy jsou vysoce specifické, schopné zaměřit se dokonce na kmeny odolné vůči drogám. V některých Případy soucitného využití ve Velké BritániiVyčistili infekce, kde každé antibiotikum selhalo. Ale fágy stále čelí výzvě, která je často přehlížena: samotné bakterie.
Bakterie vyvinuly sofistikované systémy k detekci a ničení fágů. Tyto obrany jsou rozmanité: Některé nařezány virové DNA, jiní vstup blokují a několik spustí druh intracelulárního vypnutí, aby se zabránilo převzetí viru. V nové studii zveřejněné v BuňkaMoji kolegové a já popisujeme systém, který funguje jinak, zvaný Kiwa. Působí jako senzor zabudovaný do bakteriální membrány a detekuje časné známky útoku.
Přesně to, co Kiwa snímá, zůstává otevřenou otázkou, ale naše zjištění naznačují, že reaguje na mechanický napětí, ke kterému dochází, když se fágový do buňky zachytí a vstříkne jeho DNA. Jakmile je spuštěna, Kiwa působí rychle. Vypne schopnost fágu vyrobit komponenty, které potřebuje k vytvoření nových fágů, zastavení infekce, než může převzít buňku.
Ale stejně jako bakterie vyvíjejí způsoby, jak se bránit, phages se vyvíjejí způsoby, jak se bránit. V našich posledních experimentech jsme viděli ve hře dvě strategie.
Související: „Medicína potřebovala alternativu“: Jak cílem „phage Whisperer“ je nahradit antibiotika viry
Některé fágy vyvinuly malé mutace v proteinech, které používají k připojení k bakteriálnímu povrchu – jemné změny, které jim pomohly vyhnout se spouštění Kiwského detekčního systému. Jiní zaujali odlišný přístup: nechali se detekovat, ale unikli důsledkům.
Tyto fágy nesly mutace ve virovém proteinu, který se zdá, že se podílí na tom, jak Kiwa infekci uzavírá. Ještě nevíme přesně, jak to funguje, ale výsledek je jasný: s několika změnami virus neustále replikuje, a to i poté, co byla aktivována Kiwa.
Tato evoluční flexibilita je součástí toho, co činí fágy tak silnými a proč mají takový slib při léčbě infekcí. Ale také zdůrazňuje klíčovou výzvu: Aby byla fágová terapie efektivní, musíme pochopit, jak se tyto mikrobiální bitvy odehrávají.
Pravidla zapojení
Pokud bakteriální kmen nese obranu, jako je Kiwa, ne všechny fágy proti němu uspějí. Někteří by mohli být úplně zablokováni. Ale jiní, se správnými mutacemi, by mohli proklouznout. To znamená, že výběr nebo inženýrství správného fágu pro tuto práci není jen záležitostí pokusu a omylů – jde o poznání pravidel zapojení.
Studium bakteriální obranné systémy, jako je Kiwa, nám dává hlubší pochopení těchto pravidel. Pomáhá vysvětlit, proč některé fágy selhávají, proč ostatní uspějí a jak bychom mohli v budoucnu navrhnout lepší fágové terapie. Časem můžeme být schopni předvídat, která bakteriální obrana nese daný kmen, a vybrat fágy, které jsou přirozeně vybaveny – nebo uměle vyladěny – k jejich překonání.
To je myšlenka našeho růstu Projekt sběru fágů. Shromažďujeme fágy z celé Velké Británie a dále, včetně veřejných podání – špinavá voda je často zlatý důl – a testujeme je, aby zjistily, které z nich mohou překonat obranu přenášené nebezpečnými bakteriemi. S více než 600 typy, které jsou již katalogizovány, stavíme zdroj, který by mohl pomoci vést budoucí fágovou terapii a spárovat správný fág se správnou infekcí.
Kiwa je jen jeden kus hádanky. Bakterie kódují mnoho takových obranných systémů, z nichž každá přidává vrstvu složitosti – a příležitosti – do tohoto mikrobiálního rasu zbraní. Někteří detekují virovou DNA přímo, jiní cítí poškození nebo stres a některé dokonce koordinují reakce se sousedními buňkami. Čím více se učíme, tím přesněji můžeme zasáhnout.
Toto není nová válka. Bakterie a fágy byly v něm zamčeny po dobu miliard let. Ale poprvé začínáme poslouchat. A pokud se naučíme, jak navigovat strategiemi, které se vyvinuly, můžeme najít nové způsoby, jak léčit infekce, které naše antibiotika již nemohou zvládnout.
Tento upravený článek je znovu publikován Konverzace Podle licence Creative Commons. Přečtěte si Původní článek.
