Фаги — удивительные вирусы, способные атаковать и уничтожать бактерии, открывают новые горизонты в медицине. Они могут стать прорывным решением в борьбе с опасными инфекциями, особенно теми, что выработали устойчивость к традиционным антибиотикам. Однако механизмы выживания фагов в бактериальных популяциях остаются малоизученными, что затрудняет создание эффективных терапевтических решений.
Захватывающее исследование, опубликованное в престижном журнале Science, впервые демонстрирует удивительную способность одного вида бактерий поддерживать целое сообщество различных фагов. Команда исследователей из Нью-Йоркского университета обнаружила, что несколько видов фагов могут гармонично существовать на популяции генетически идентичного штамма E. coli — широко распространенной кишечной бактерии.
В ходе эксперимента ученые сделали поразительное открытие: несмотря на естественную конкуренцию, разные виды фагов проявляли избирательность к определенным клеткам-хозяевам. Одни предпочитали медленнорастущие клетки, другие — быстрорастущие, что позволило каждому виду занять собственную экологическую нишу. Например, при ограниченном доступе к питательным веществам некоторые бактериальные клетки замедляли рост для сохранения ресурсов. В исследовании два вида фагов — N и S — прекрасно сосуществовали благодаря различным предпочтениям: N специализировался на быстрорастущих клетках, а S — на медленнорастущих.
Создатели фаговой терапии стремятся преодолеть ключевое ограничение антибиотиков — развитие резистентности. При традиционном лечении антибиотиками выживают наиболее устойчивые бактерии, что создает серьезную проблему для дальнейшего лечения.
«Понимание механизмов длительного сосуществования различных фагов на одной бактерии открывает захватывающие перспективы для создания инновационных методов лечения», — отмечает ведущий автор исследования Нора Пайенсон. «Представьте терапию, где разные фаги атакуют бактерию на различных этапах ее жизненного цикла, полностью уничтожая популяцию до развития резистентности. Существующие фаговые терапии пока не стали стандартом лечения из-за неполной эффективности или развития устойчивости бактерий», — поясняет исследователь.
Многие лаборатории активно исследуют потенциал фаговой терапии как альтернативы антибиотикам. Например, соавтор исследования Пол Тернер проводит клинические испытания против Pseudomonas aeruginosa — бактерии, вызывающей тяжелое воспаление легких у пациентов с муковисцидозом. Параллельно команда доктора Шлютера изучает влияние фагов на микробиом кишечника человека и мышей, что может привести к прорыву в лечении таких заболеваний как сальмонеллез. Исследователи стремятся создать универсальные терапевтические решения, эффективные для широкого круга пациентов.
Биологическое разнообразие — краеугольный камень экологии и эволюции. Способность видов сосуществовать, несмотря на конкуренцию за ресурсы, наблюдается повсеместно — от птиц до растений и бактерий. Однако вирусы долгое время оставались за рамками этой «социальной» парадигмы.
Исследователи опровергли распространенное мнение о том, что генетическое разнообразие бактерий ограничивает разнообразие вирусов. Вопреки ожиданиям, что один вид фага должен вытеснить остальные, выяснилось, что единственный штамм бактерий может поддерживать целое сообщество различных фагов, подобно тому как многоклеточные организмы являются домом для разнообразного микробиома.
Разнообразие бактериальной популяции в кишечнике — важный показатель здоровья, поскольку сбалансированный микробиом успешно противостоит патогенным микроорганизмам. Аналогично, вирусное сообщество, населяющее кишечные бактерии, играет ключевую роль в поддержании здоровья. Исследователи полагают, что нарушение баланса фагов может способствовать развитию серьезных заболеваний, включая сепсис.
«Это исследование радикально меняет наше понимание экологии фагов», — подчеркивает доктор Шлютер. «Благодаря упорной работе Норы в четырех лабораториях во время пандемии, мы начинаем понимать эволюцию фагов в вирусных сообществах и их влияние на течение заболеваний».
