Самое идеальное оружие? Смертельное для врага, безвредное для «своих». Именно такие смертоносные химические снаряды, сделанные из «хвоста» других своих врагов – вирусов-бактериофагов, используют бактерии в своих междоусобных «войнах». А теперь и человек пытается поставить это прицельное бактерицидное оружие себе на службу
Бактерии издавна ведут «войны» между собой, включая конкурентную борьбу с близкородственными штаммами. Для нежеланных «родственников» у них припасено секретное оружие – тейлоцины (от анг. tail – хвост), бактерицидные белковые комплексы. Самое удивительное, что тейлоцины ведут свое происхождение от заклятых врагов бактерий – вирусов-бактериофагов, которые встраиваются в бактериальный геном и размножаются в клетке, убивая хозяина.
Когда-то во время неудачной вирусной атаки среди генов бактерий сохранился и фрагмент ДНК фага, кодирующий его «хвост», который вирус использует для проникновения в бактериальную клетку. Так появились тейлоцины, которые представляют собой подобие иглы. Оказавшись на поверхности бактерии и распознав в ней «врага», тейлоцин проделывает в ее клеточной мембране дыру. Клетка начинает терять ионы и в итоге погибает. Процесс очень эффективен: для уничтожения бактерии может быть достаточно одного тейлоцина!
Бактериальные штаммы устойчивы к своему собственному «оружию». Но вот клетки, непосредственно синтезирующие тейлоцины, разрушаются – как при обычной вирусной инфекции. А так как бактерии выбрасывают тейлоцины лишь в угрожающих, стрессовых условиях, то получается, что они буквально жертвуют собой ради сохранения всего сообщества.
Тейлоцины очень специфичны по отношению к бактериям-мишеням, поэтому они могут использоваться как альтернатива антибиотикам, которые без разбора уничтожают и вредные, и полезные штаммы, а также теряют эффективность из-за роста лекарственной устойчивости бактерий
Чтобы использовать тейлоцины в медицине, нужно уметь «настраивать» их специфичность, которая определяется рецептор-связывающими белками. Для этого в геном культивируемых бактериальных штаммов вставляют соответствующие гены. Заставить бактерии производить тейлоцины «в пробирке» также легко: к примеру, добавив к среде агенты, повреждающие ДНК, а все остальное они сделают сами.
Однако прежде чем запустить производство таких лекарств, нужно получить ответы на ряд вопросов. Например, как и почему лишь определенные штаммы бактерий становятся мишенью тейлоцинов, и как защищается от них сам «родительский» штамм?
Было выдвинуто предположение, что тот или иной тейлоцион распознает свою бактериальную «мишень» по определенным различиям в структуре липополисахаридов на внешней мембране бактерий, которые служат для них молекулярными рецепторами.
Ученые из Калифорнийского университета в Беркли (США) подтвердили эту гипотезу при исследовании 12 штаммов почвенных бактерий Pseudomonas. Оказалось, что молекула определенного липополисахарида в зависимости от своей структуры может служить либо рецептором, либо «щитом», физическим барьером между тейлоцином и клеточной. И изменения в структуре липополисахаридов (например, вследствие мутации) могут сделать даже чувствительный штамм устойчивым.
Эта работа, представляющая собой первую систематическую попытку определить генетические факторы чувствительности бактериальных штаммов к своему «химическому оружию», служит реальным шагом на пути к его практическому использованию в медицине.
Фото: https://www.flickr.com
