Найденный в российском лечебном коктейле бактериофаг оказался эффективнее известных родственных фагов

Российские ученые обнаружили в терапевтическом фаговом коктейле для лечения бактериальных инфекций неизвестный ранее бактериофаг Sxt1, способный инфицировать ряд диких штаммов кишечной палочки, устойчивых к фагам из того же семейства. Сравнив Sxt1 с родственными фагами Т3 и Т7, ученые обнаружили, что секрет его эффективности кроется в строении хвостовых фибрилл. Результаты исследования опубликованы в журнале Viruses.

 

Группа ученых из Лаборатории анализа метагеномов из Сколтеха под руководством Артема Исаева (Artem Isaev) изучила состав терапевтического фагового коктейля «Секстафаг (пиобактериофаг поливалентный)», выпускаемого российской компанией «Микроген», и выделила новый бактериофаг Sxt1, который оказался способен заражать целый ряд штаммов E. coli, в том числе и некоторые из них, стойкие к другим, родственным ему фагам.

 

Полифаговый коктейль «Секстафаг» содержит фаги, выделенные из бактерий Staphylococcus spp., Streptococcus spp., Proteus (Р. vulgaris, P. mirabilis), P. aeruginosa, Klebsiella pneumoniae и энтеропатогенной E. coli. В ходе исследования ученые использовали в качестве хозяина штамм E. coli BW25113. Из коктейля был выделен фаг Sxt1 из семейства Autographiviridae, оказавшийся близким родственником фагов кишечной палочки Т3 и Т7. У фагов из этого семейства имеется РНК-полимераза, которая транскрибирует ряд генов фага. Предранние гены (гены, транскрибируемые сразу после заражения бактериальной клетки) Sxt1, ранние (задействованные в метаболизме ДНК и репликации генома фага), а также часть поздних генов (кодируют структурные компоненты вирионов фага, его упаковки и лизис бактерии) были практически полностью идентичны генам фага Т3. Отличия Sxt1 от родственных фагов обнаружены в генах, кодирующих хвостовые фибриллы и два внутренних белка, и являются, по мнению ученых, результатом рекомбинации фагов, предположительно с фагом Berlinvirus.

 

Исследователи построили филогенетическое древо бактериофагов подсемейства Studiervirinae, куда входит Sxt1, определили его предполагаемое происхождение и пришли к выводу, что секрет его исключительности кроется именно в белке латеральных хвостовых фибрилл. Фаги из семейства Autographiviridae для прикрепления к бактериальной клетке используют шесть хвостовых фибрилл, каждая из которых состоит из тримера этого белка. На концах тримера имеются участки, контактирующие с поверхностью клетки. N-концевой домен необходим для прикрепления к капсиду, длинный пирамидальный домен включает в себя бета-листы от каждой из трех молекул, входящих в состав тримера, за ним расположен короткий альфа-спиральный линкер и концевой домен, отвечающий за взаимодействие с бактериальной клеткой. Пирамидальный домен Sxt1 содержал шесть вставок длиной более пяти аминокислот, причем некоторые из вставок образовывали дополнительные бета-слои. Линкер также включал в себя дополнительную вставку из 27 аминокислот. В итоге за счет вставок хвостовая фибрилла Sxt1 длиннее, чем у Т3 и Т7. С помощью программы AlphaFold2 ученым удалось смоделировать концевой домен Sxt1 с альфа-спиральным линкером и часть пирамидального, и оказалось, что она только на 43 процента идентична аналогичной области фага Т3 и на 54 процента — фага Т7. При этом хвостовые фибриллы Sxt1 распознают иной набор рецепторов бактериальной клетки по сравнению с Т3 и Т7.

 

Для оценки специфичности нового фага исследователи высеяли фаги Sxt1, T7 и T3 на распространенные штаммы E. coli: BW25113, MG1655, BL-21, B, C, DH5α, HS и Nissle1917, а также на штаммы F+ BW39773 и KD263, которые способны ингибировать T7 из-за наличия системы абортивной инфекции PifA. Устойчивыми ко всем фагам оказались только штаммы HS и Nissle1917. Все остальные штаммы E. coli фаг Sxt1 успешно инфицировал. При этом Т3 не смог заразить штаммы линии К12, а Т7 потерпел неудачу со штаммами с системой PifA.

 

Для определения спектра хозяев фага Sxt1 ученые проверили, как он взаимодействует с разными штаммами кишечной палочки. Бактерии E. coli делятся на серогруппы по строению О-антигена — полисахарида на внешней мембране клеточной стенки, отличающегося высокой вариабельностью и позволяющего бактериям избегать защитного действия адаптивного иммунитета. Исследователи предполагают, что О-антигены — одно из основных препятствий для распознавания бактерии фагами. То есть, чем выше специфичность фага к О-антигенам бактерий, тем более эффективен он для фаговой терапии. Исследователи использовали коллекцию ECOR — набор природных изолятов E. coli с расходящимися типами О-антигенов и проверили, как на разные штаммы действуют фаги Sxt1, T3 и T7. Фаг Sxt1 смог инфицировать 15 из 72 штаммов коллекции (20 процентов), включая всех бактерий, восприимчивых к T7 и/или T3, и еще 7 штаммов, устойчивых к этим фагам. Тогда исследователи проанализировали действие фага на штамм ECOR50, который чувствителен к Sxt1, но не к T7 или T3, и оказалось, что только Sxt1 способен связываться с его поверхностью. То есть, причина эффективности Sxt1 кроется в его умении распознавать рецепторы бактерии, а не в повышенной устойчивости к защитным системам клетки.

 

Ученые пришли к выводу, что фаг Sxt1 с расширенным спектром хозяев эффективнее своих родственников — фагов Т3 и Т7. Он имеет большой потенциал для терапевтического применения при инфекциях, вызванных E. coli, а оценка его специфичности могла бы стать стандартной процедурой для характеристики бактериофагов.

Источник: https://nplus1.ru/news/2025/01/10/bacteriophage-sxt1-kills-e-coli