Растущая устойчивость бактерий к антибиотикам вдохновляет ученых на поиск альтернативных методов борьбы с патогенами. Модифицировав внеклеточные везикулы бактерий, исследователи организовали «курьерскую доставку» эндолизина — разрушителя клеточных мембран.
Бактерии — вездесущие микроскопические организмы, способные к быстрому росту. В то время как полезные штаммы, такие как молочнокислые бактерии, способствуют здоровью кишечника и сохранению пищевых продуктов, патогенные бактерии, такие как кишечная палочка (Escherichia coli) и золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus), могут вызывать тяжелые инфекции. Эти вредные микробы вырабатывают токсины и ферменты, которые ставят под угрозу здоровье и все чаще проявляют устойчивость к антибиотикам.
В последние годы ученые активно ищут альтернативные подходы к борьбе с патогенными бактериями. Среди них применение эндолизинов — ферментов, разрушающих клеточные стенки бактерий. Эти белки, получаемые из бактериофагов или модифицированных микробов, обладают специфичностью в борьбе с патогенами. Однако их широкое применение ограничено высокой стоимостью производства, нестабильностью при хранении и обращении и подверженностью ферментативному разложению.
Чтобы устранить эти пробелы, исследователи из Пусанского национального университета в Корее обратили свое внимание на внеклеточные везикулы (extracellular vesicles, EV) — связанные с мембранами наночастицы, которые транспортируют биологически активные молекулы, такие как белки или нуклеиновые кислоты. Ученые по их подобию разработали микроскопические «транспортные средства», своеобразных троянских коньков, которые переносят на себе эндолизины, специфичные для патогенов.
Результаты их работы были опубликованы в журнале Chemical Engineering Journal 15 мая 2025 года. В исследовании рассказывается об открытии и применении нового поверхностно-активного белка, обнаруженного в EV бактерии Lacticaseibacillus paracasei.
В своем исследовании ученые сначала культивировали в лабораторных условиях штамм бактерий L. paracasei, а затем собрали микробы с помощью высокоскоростного центрифугирования и выделили из них внеклеточные везикулы. Впоследствии фракция белков, связанных с EV, была подвергнута всестороннему протеомному анализу. В ходе экспериментов по картированию функций белков с использованием передовых инструментов биоинформатики команда идентифицировала 13 искомых поверхностно-активных белков (surface-displaying proteins, SDP), ассоциированных с везикулами, полученных из L. paracasei.
Объясняя важность исследования, профессор Хванг Сун Ким отметил, что на сегодняшний день не было описано еще ни одного SDP из везикул лабораторных видов бактерий. Исследовательская группа впервые в истории идентифицировала новый специфический белок, названный LP-SDP3, из внеклеточных везикул L. paracasei. Кроме того, она обнаружила гомологичные белки SDP3 у E. coli и других лабораторных штаммов, при этом функция SDP перекрестно сохранялась у всех этих видов.
Исследователи ввели PlyF307SQ-8C, эндолизин, который специфически воздействует на бактерии S. aureus, в везикулы с LP-SDP3 кишечной палочки и других микробов. В результате микроорганизмы, экспрессирующие PlyF307SQ-8C с помощью белка LP-SDP3, смогли избирательно воздействовать на S. aureus и уничтожать его. Кроме того, модифицированные «курьеры» оказались устойчивы к изменениям температуры и рН и проявляли резистентность к противомикробным препаратам, сохраняя при этом аналогичный профиль безопасности по сравнению с очищенным эндолизином PlyF307SQ-8C.
Инженерные наночастицы, полученные в лаборатории, могут производиться в больших масштабах и снижают потребность в дорогостоящих технологиях очистки белка. Через 5-10 лет это исследование может полностью изменить методы лечения инфекций, консервирования продуктов питания и производства биологических препаратов. Мы перейдем от антибиотиков к безопасным, умным и устойчивым биоинженерным альтернативам.
Источник