Исследователи обнаружили новую группу бактериальных токсинов, которые могут убивать вредные бактерии и грибки, открывая дверь для потенциально новых методов лечения инфекций. Эти токсины, обнаруженные в более чем 100 000 микробных геномов, могут разрушать клетки бактерий и грибков, не нанося вреда другим организмам.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Microbiology, раскрыло, как некоторые бактерии используют эти токсины для конкуренции с другими микробами, и полученные результаты могут привести к появлению новых способов борьбы с инфекциями, особенно с учетом того, что устойчивость к антибиотикам становится все более серьезной проблемой.
Работа, проведенная под руководством исследователей Еврейского университета д-ра Асафа Леви из Института наук об окружающей среде, Неты Шлезингер из Школы ветеринарной медицины Корета и д-ра Нетанеля Царума из Института наук о жизни в сотрудничестве с исследователями Института Вейцмана профессорами Якобом Кляйном и Мейталом Орен-Суиссой, а также профессором Гербертом Шмидтом из Университета Хоэнхайма, выявила новый арсенал бактериальных токсинов, обладающих потенциалом борьбы с инфекционными заболеваниями человека и растений.
Эти токсины, закодированные в геномах некоторых бактерий, проявляют мощные антибактериальные и противогрибковые свойства, открывая новые захватывающие возможности для клинического и биотехнологического применения.
Конкуренция микроорганизмов — это естественное явление, и бактерии выработали сложные методы, включая токсины, для устранения конкурентов. Наиболее известными примерами природных соединений, используемых в конкуренции в природе, являются антибиотики, вырабатываемые бактериями и грибами.
В этом исследовании команда доктора Леви разработала инновационный вычислительный подход для идентификации ранее не обнаруженных доменов токсинных белков, которые имеют длину 100–150 аминокислот, в более чем 105 000 микробных геномов. Эти белковые токсины, называемые полиморфными токсинами, играют решающую роль в микробной войне, нацеливаясь и убивая конкурирующие микроорганизмы в различных экосистемах.
Исследовательская группа успешно подтвердила девять недавно открытых токсинов, каждый из которых представляет собой большое эволюционно консервативное семейство, продемонстрировав их способность вызывать гибель клеток как у Escherichia coli, так и у Saccharomyces cerevisiae при экспрессии в этих модельных организмах. Особо следует отметить, что были идентифицированы пять генов антитоксинов, также известных как гены иммунитета, которые защищают бактерии, вырабатывающие токсины, от самоуничтожения.
Интересно отметить, что токсины проявляют мощную противогрибковую активность против ряда патогенных грибов, оставляя при этом нетронутыми некоторые виды беспозвоночных и макрофаги. Экспериментальные результаты исследования показывают, что эти токсины в первую очередь действуют как эффективные ферменты, нацеленные на основные клеточные процессы, такие как клеточная мембрана, ДНК или деление клеток. Структурный анализ двух комплексов белков иммунитета к токсинам дополнительно подтвердил, что некоторые из этих токсинов обладают активностью ДНКазы, которая может разрушать ДНК в целевых клетках.
Примечательно, что структура показывает, что токсин положительно заряжен в своем участке связывания ДНК, чтобы связывать отрицательно заряженную ДНК, тогда как белок антитоксина заряжен отрицательно, чтобы предотвратить связывание токсина с целевой ДНК.
«Наши результаты расширяют наше понимание того, как бактерии используют токсины в конкуренции с другими микробами, и открывают захватывающие возможности для будущих исследований критически необходимых противомикробных препаратов против человеческих и растительных бактериальных и грибковых патогенов», — сказал Леви. «Потенциал этих токсинов в качестве основы для новых клинических методов лечения или биотехнологических инноваций особенно захватывающий».
Это исследование не только расширяет знания о микробных токсинах, но и проливает свет на их потенциальное терапевтическое применение. Открытие команды может проложить путь к новым антимикробным стратегиям, особенно в то время, когда мир борется с ростом числа патогенов, устойчивых к антибиотикам.
Исследование имеет широкие последствия как для понимания микробных взаимодействий в различных средах, так и для разработки антимикробных препаратов следующего поколения. Раскрывая механизмы, посредством которых действуют эти токсины, исследование дает надежду на новые методы лечения в продолжающейся борьбе с бактериальными и грибковыми инфекциями.
