Vědecký tým pod vedením Dominika Hrebíka z brněnského institutu CEITEC dokázal popsat vlastnosti bakteriofágu, který si dokáže bez problémů poradit s bakterií, proti níž přestávají působit existující antibiotika.
Stále větší počet bakterií odolává léčbě antibiotiky, a tak se stále vytvářejí nové a nové generace těchto látek. Přitom antibiotická odolnost je podle Světové zdravotnické organizace vůbec největší zdravotní hrozbou budoucnosti.
Již nyní existují bakterie, na které žádné léky nezabírají, a situace se stále zhoršuje. V boji s odolnými bakteriemi mohou lidem pomoci fágy, což jsou bakteriální viry, které je dokáží zlikvidovat.
Fágy napadají bakterie podobně jako viry chřipky lidské buňky. Zachytí se na povrchu konkrétního organismu, vloží do něj svou genetickou informaci a z bakterie se tak stane továrna na nové fágy. Bakteriální infekci tak vlastně zlikviduje infekce virová, aniž by to ale uškodilo člověku. Fágy jsou totiž vysoce specializované a obvykle jeden druh fága napadá jen několik kmenů bakterií.
Zabiják zabijáků
Fág s označením P68 dokáže zlikvidovat až 80 procent kmenů bakterie Staphylococcus aureus neboli zlatého stafylokoka. I když je tato skutečnost už dlouho známá, doposud se nevědělo, jak vlastně tento bakteriofág vypadá a jak se mu daří tyto bakterie likvidovat.
„Proto jsme se pustili do popisu jeho struktury, což nám umožnilo především špičkové vybavení pro cryo-elektronovou mikroskopii a krystalografii,“ uvedl Dominik Hrebík, který působí v institutu CEITEC ve skupině Pavla Plevky.
- Staphylococcus aureus (také zlatý stafylokok) je grampozitivní bakterie patřící do rodu stafylokoků. Objevil ji v roce 1880 skotský chirurg Alexander Ogston v hnisu z otevřených poranění a o čtyři roky později jí německý bakteriolog Friedrich Rosenbach dal latinský název.
- Způsobuje často různé infekce v rozsahu od mírných zánětů kůže a měkkých tkání až po život ohrožující sepse („otravy krve“, směřující až do septického šoku spojeného se selháváním orgánů), syndrom toxického šoku a nekrotizující pneumonie.
- Patogenita této bakterie je výsledkem produkce toxinů, které způsobují ničení tkáně nemocného. Tvoří žlutý pigment – z toho je odvozen jeho název.
Bez takového vybavení nebylo dřív možné tak komplexní organismy, jako jsou viry a fágy, detailně zkoumat. I díky tomu patří tým mezi první na světě, kterým se to podařilo a výsledky jejich práce nyní publikoval vědecký časopis Science Advances, který patří do skupiny prestižních časopisů Science.
„Zjistili jsme, že náš fág má mnohem víc strukturních proteinů, než se předpokládalo. Našli jsme je jak uvnitř, tak na jeho povrchu,“ uvedl Hrebík. Fágy se totiž podobně jako viry skládají z bílkovinného obalu, který ukrývá jejich genetickou informaci, krčku a vláken, jež slouží k tomu, aby se mohly zachytit na příslušných bakteriích.
Vědci našli nečekaně jednu ze strukturních bílkovin v kapsidě fágu P68 a také v místě, odkud při infekci proniká z fágu do bakterie jeho DNA. „Šlo o zcela nový protein, u kterého se nám podařilo zjistit i jeho funkci. Přišli jsme také na to, že strukturní proteiny z hlavičky fága pomáhají DNA proniknout přes obal bakterie,“ doplnil Hrebík.
Fágová léčba budoucnosti
Podobné studie mohou pomoci k tomu, aby se takzvaná fágová terapie začala víc využívat. Nejde přitom o žádnou novinku, bakteriofágy byly objeveny a jejich funkce popsaná už na počátku minulého století. Dokonce se úspěšně využívaly v různých částech světa třeba pro potlačení cholery nebo jiných nemocí. S objevem antibiotik se ale zájem o fágy vytratil a pracovalo s nimi jen pár laboratoří v zemích východního bloku. Do pozornosti vědců se dnes dostávají i díky tomu, že by mohly pomoci s řešením rostoucí antibiotické rezistence.
„Proto jsme se teď zaměřili na další, konkrétně na druh, který infikuje bakterie rodu Pseudomonas aeruginosa, které u lidí s oslabenou imunitou způsobují různé infekce. V tomto případě se snažíme kromě struktury zjistit také to, jakým způsobem se bakteriofág v buňce replikuje a co ke svému množení potřebuje,“ doplnil Hrebík.
Odhalit strukturu organismu, který je velký jen několik desítek nanometrů, není jednoduché. Na P68 pracovali výzkumníci zhruba tři roky a potřebovali snímky asi třiceti tisíc těchto fágů. Museli také upravovat různé metody využívané k výpočtům struktur makromolekul.
Dominik Hrebík se přitom nejdříve zaměřoval na studium rostlinných proteinů a ke cryo-elektronové mikroskopii a virům se dostal až během doktorského studia. „Baví mě zkoumat celé molekulární mechanismy a rád bych u této práce zůstal. Po doktorátu bych si chtěl najít podobně zaměřenou laboratoř v zahraničí a naučit se zase něco nového,“ dodává student.
