Новые открытия помогут вирусам-фагам победить устойчивые к антибиотикам бактерии

На иллюстрации показан фаг (вирус), прикрепляющийся к бактериальной клетке. Система защиты Kiwa (показана жёлтым, зелёным и синим) обнаруживает угрозу и связывает вторгающуюся ДНК, предотвращая захват клетки. Автор: Университет Саутгемптона

Исследователи из Университета Саутгемптона выяснили, как бактерии защищаются от вирусов-фагов. Эти новые данные могут стать ключом к борьбе с устойчивостью к антибиотикам.

Фаги рассматриваются как перспективная альтернатива антибиотикам. Понимание механизмов защиты бактерий и способов их преодоления фагами может стать важным шагом в борьбе с устойчивыми бактериями.

Фаги, известные как «пожиратели бактерий», внешне напоминают шприц с паучьими ногами. Они прикрепляются к бактериям, впрыскивают свою ДНК в клетку и заставляют её производить новые копии вируса, после чего клетка разрывается, выпуская фагов для атаки других бактерий.

Важно, что фаги атакуют только бактерии и безвредны для человеческих клеток.

Новое исследование, опубликованное в журнале Cell, впервые описывает механизм бактериальной защиты Kiwa. Статья озаглавлена «Kiwa — это встроенный в мембрану защитный суперкомплекс, активируемый в местах прикрепления фагов».

Бактерии, заражённые фагами. Точки показывают репликацию фагов. Автор: Университет Саутгемптона

«В мифологии маори Кива — божественный страж океана и его обитателей, — говорит доктор Франклин Нобрега, доцент Университета Саутгемптона. — В бактериях Kiwa также действует как защитник, отражая атаки фагов, и является одним из самых распространённых механизмов защиты бактерий».

Учёные использовали передовые методы визуализации, чтобы изучить взаимодействие фагов и Kiwa на молекулярном уровне. Они обнаружили, что Kiwa состоит из двух компонентов — KwaA и KwaB, которые вместе образуют «кольчугу» вокруг бактерии, блокируя проникновение ДНК фага. KwaA действует как сенсор, обнаруживая фаг, а KwaB связывает его ДНК, нейтрализуя угрозу.

Однако некоторые фаги научились обходить эту защиту, выпуская «обманный» белок Gam, который отвлекает KwaB, пока настоящая ДНК фага проникает в клетку.

Но у бактерий есть и другие системы защиты, например RecBCD. Хотя фаги могут обходить Kiwa и RecBCD по отдельности, их комбинация делает защиту непреодолимой.

Слева — незаражённые бактерии, Kiwa неактивен. Справа — яркие точки внутри клеток показывают активацию Kiwa после обнаружения фага, предотвращающую заражение. Автор: Университет Саутгемптона

Поиск новых способов борьбы с бактериями критически важен из-за роста устойчивости к антибиотикам, которая к 2050 году может убивать 10 миллионов человек в год и ежегодно обходится британской системе здравоохранения NHS в 180 млн фунтов (~14,4 млрд рублей).

Команда доктора Нобреги собирает фаги, способные преодолевать защиту бактерий, и уже идентифицировала более 600 различных типов. Учёные призывают людей присылать образцы грязной воды (идеальной среды для бактерий и фагов) для анализа.

«Чем лучше мы понимаем механизмы защиты, тем эффективнее можем находить уязвимости и подбирать фаги для борьбы с бактериями», — говорит Нобрега.

Дополнительная информация: Kiwa is a membrane-embedded defence supercomplex activated at phage attachment sites, Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.07.002. www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00791-3

Источник: Университет Саутгемптона