_ Cercetătorii descoperă funcții cheie a virusurilor jumbo promițătoare din punct de vedere terapeutic

Medicamentele antibiotice au devenit un tratament popular pentru infecțiile bacteriene la începutul secolului al XX-lea și au apărut ca un instrument de transformare în sănătatea umană. Până la mijlocul secolului, noi antibiotice au fost dezvoltate în mod regulat în epoca de aur a medicamentelor.

Dar apoi bacteriile au evoluat. Ei au găsit noi modalități de a evita tratamentele cu antibiotice, făcându-i pe mulți inutili. Pe măsură ce noile surse de antibiotice s-au secat, infecțiile bacteriene au escaladat în criza de sănătate globală de astăzi a rezistenței la antibiotice.

Oamenii de știință caută acum un aliat neobișnuit, virușii, pentru a ajuta la contracararea acestei amenințări în creștere. Recent, cercetătorii s-au concentrat asupra virușilor cunoscuți sub numele de bacteriofagi ca un nou instrument de tratare și dezarmare a bacteriilor rezistente la antibiotice. O atenție deosebită a fost acordată fagilor „jumbo” – virușii descoperiți recent că prezintă genomi extrem de mari – care ar putea fi utilizați ca agenți speciali de livrare care nu numai că pot ucide bacteriile, dar ar putea fi proiectați pentru a furniza antibiotice direct la sursa de infecție.

Dar pentru a oferi noi terapii prin fagi, oamenii de știință trebuie să înțeleagă mai întâi structura biologică extraordinară și mecanismele din interiorul acestor virusuri misterioși.

Cercetătorii și colegii lor de la Universitatea din California San Diego School of Biological Sciences de la Institutul de Genomică Inovatoare din UC Berkeley și de la Universitatea Chulalongkorn din Bangkok au făcut un pas substanțial înainte în descifrarea mai multor funcții cheie în cadrul fagilor jumbo.

„Acești fagi jumbo au genomi mari care, teoretic, ar putea fi manipulați pentru a transporta sarcini utile. care ucid bacteriile mai eficient”, a spus Joe Pogliano, profesor UC San Diego la Școala de Științe Biologice și autor principal al unei noi lucrări publicate în Proceedings of the National Academy of Sciences. „Problema este că genomul lor este închis, așa că nu este ușor de accesat. Dar acum am descoperit câteva dintre elementele sale cheie.”

Așa cum este descris în lucrare, cercetarea condusă de absolventul Școlii de Științe Biologice. studentul Chase Morgan s-a concentrat pe fagii jumbo Chimalliviridae care s-au descoperit că se reproduc în interiorul bacteriilor formând un compartiment care seamănă cu nucleul din interiorul celulelor oamenilor și ale altor organisme vii. Compartimentul asemănător nucleului Chimalliviridae separă și importă selectiv anumite proteine ​​care îi permit să se replice în interiorul bacteriilor gazdă. Dar modul în care se desfășoară acest proces a reprezentat o parte nedumerită a procesului.

Folosind noi instrumente genetice și de biologie celulară, Morgan și colegii săi au identificat o proteină cheie, pe care au numit-o „importator de proteine ​​Chimalliviruses A” sau PicA, care acționează ca un tip de bouncer de club de noapte, traficând selectiv proteine ​​prin acordarea de intrare în nucleu pentru unii, dar refuzând accesul altora. PicA, au descoperit ei, coordonează traficul de proteine ​​de marfă prin învelișul protector al nucleului fagului.

„Doar faptul că acest virus este capabil să creeze această structură și sistem de transport incredibil de complex este cu adevărat uimitor și altele asemenea. pe care nu le-am văzut până acum”, a spus Morgan. „Ceea ce credem ca fiind biologie complexă este de obicei rezervat formelor de viață superioare cu oameni și zecile de mii de gene ale noastre, dar aici vedem procese similare funcțional într-un genom viral relativ mic de doar aproximativ 300 de gene. Este probabil cel mai simplu selectiv. sistem de transport despre care cunoaștem.”

Folosind CRISPRi-ART, un instrument programabil de ARN pentru studiul genomului, cercetătorii au reușit să demonstreze că PicA este o componentă esențială a procesului de dezvoltare și replicare a nucleului Chimalliviridae.

„Fără simplitatea și versatilitatea tehnologiilor CRISPR care vizează ARN-ul, adresarea directă și răspunsul la aceste întrebări ar fi aproape imposibil. Suntem cu adevărat încântați să vedem cum aceste instrumente dezvăluie misterele codificate de genomii fagilor”, a spus. coautor Ben Adler, un savant postdoctoral care lucrează sub pionierul CRISPR, câștigător al Premiului Nobel, Jennifer Doudna.

Bacterii și virușii s-au angajat într-un tip de cursă a înarmărilor de miliarde de ani, fiecare evoluând pentru a contracara adaptările celuilalt. . Cercetătorii spun că sistemul de transport sofisticat PicA este rezultatul acelei competiții evolutive intense și continue. Sistemul a evoluat pentru a fi atât extrem de flexibil, cât și extrem de selectiv, permițând doar elemente cheie benefice în interiorul nucleului. Fără sistemul PicA, proteinele defensive ale bacteriilor s-ar face drum în interior și ar sabota procesul de replicare a virusului.

Asemenea informații sunt vitale, deoarece oamenii de știință de la Emerging Pathogens Initiative și Centrul pentru Aplicații Inovatoare de Fagi din UC San Diego și Therapeutics se străduiește să pună bazele pentru a programa în cele din urmă genetic fagii pentru a trata o varietate de boli mortale.

„Nu înțelegeam cu adevărat cum funcționează sistemul de import de proteine ​​sau care proteine ​​erau implicate anterior, așa că această cercetare este primul pas în înțelegerea unui proces cheie care este esențial pentru ca acești fagi să se reproducă cu succes”, a spus studenta absolventă a Școlii de Științe Biologice Emily Armbruster, co-autor al lucrării. „Cu cât înțelegem mai bine aceste sisteme esențiale, cu atât mai bine vom fi capabili să proiectăm fagii pentru uz terapeutic.”

Țintele viitoare pentru astfel de viruși programați genetic includ bacteriile Pseudomonas aeruginosa, despre care se știe că cauzează infecții potențial fatale. și prezintă riscuri pentru pacienții din spitale. Alte ținte promițătoare includ E. coli și Klebsiella, care pot provoca infecții cronice și recurente și, în unele cazuri, pot intra în fluxul sanguin, ceea ce poate pune viața în pericol.

(Fluierul)