Một cách nhanh chóng mới để sàng lọc các protein của virus để tìm các đặc tính kháng sinh

Một thách thức lớn cản đường họ là khó khăn trong việc nghiên cứu các protein của thể thực khuẩn (phage) riêng lẻ và xác định chính xác cách thức vi rút sử dụng các công cụ này để tiêu diệt vi khuẩn chủ của chúng. Nghiên cứu mới từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley (Phòng thí nghiệm Berkeley) có thể giúp tăng tốc mọi thứ.

Vivek Mutalik, một nhà khoa học nhân viên tại Khu vực Khoa học Sinh học của Phòng thí nghiệm Berkeley cho biết: “Chúng tôi đã phát triển một phương pháp sàng lọc di truyền năng suất cao có thể xác định phần tế bào vi khuẩn được nhắm mục tiêu bởi một loại vũ khí phage mạnh gọi là 'protein ly giải gen đơn'". đồng tác giả của một nghiên cứu mới mô tả công trình trên tạp chí Nature Chemical Biology . "Với tình trạng kháng kháng sinh ngày càng gia tăng, chúng ta cần khẩn cấp các giải pháp thay thế kháng sinh. Một số thể thực khuẩn nhỏ nhất mà chúng ta biết mã hóa protein ly giải gen đơn (Sgls), còn được gọi là 'kháng sinh protein', để ức chế các thành phần chính của quá trình sản xuất thành tế bào vi khuẩn. , khi bị gián đoạn, liên tục giết chết tế bào."

Dường như có ít nhất một loại thể thực khuẩn cho mọi dòng vi khuẩn đã biết và chúng được cho là thực thể sinh học phong phú nhất trên Trái đất. Trên thực tế, ước tính có khoảng 10 31 hạt thể thực khuẩn trên hành tinh hiện nay, hoặc tương đương với một nghìn tỷ thể thực khuẩn cho mỗi hạt cát. Mỗi phage này tiến hóa cùng với chủng vật chủ đã chọn của chúng, cho phép chúng chống lại các đặc điểm kháng thuốc của vi khuẩn, khi chúng phát sinh, bằng vũ khí sinh học cải tiến.

Sự phong phú, đặc hiệu và hiệu quả lớn này có nghĩa là có rất nhiều thứ để nghiên cứu và về mặt lý thuyết, chúng ta có thể sử dụng các thể thực khuẩn để kiểm soát bất kỳ vi khuẩn có hại nào. Các thể thực khuẩn cũng vô hại đối với các tế bào không phải vi khuẩn, một lý do khác khiến chúng trở nên hấp dẫn như các loại thuốc và công cụ kiểm soát sinh học.

Vấn đề phát sinh khi cố gắng cách ly một phage đơn lẻ khỏi môi trường và xác định vi khuẩn nào nó nhắm mục tiêu và cách thức. Các nhà khoa học thường không thể đánh giá các trận chiến giữa thể thực khuẩn và vi khuẩn chỉ dựa trên trình tự bộ gen hoặc nghiên cứu chúng trong thực tế bởi vì nhiều vi khuẩn không thể được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm - và ngay cả khi chúng có thể, vẫn có một nguyên nhân cố hữu là cần phải biết trước thời gian nuôi cấy vi khuẩn để nghiên cứu các thể thực khuẩn lây nhiễm và tiêu diệt chúng.

Để vượt qua những trở ngại này và xác định các mục tiêu di động của Sgls, Mutalik và các đồng nghiệp của mình đã sử dụng một công nghệ mà nhóm đã phát minh ra trước đây có tên là Trình tự thư viện biểu hiện súng ngắn mã vạch kép (Dub-seq). Dub-seq cho phép các nhà khoa học sử dụng thư viện các đoạn DNA được mã hóa để điều tra cách thức hoạt động của các gen chưa biết và có thể áp dụng cho các mẫu môi trường phức tạp chứa DNA của nhiều sinh vật mà không cần nuôi cấy. Trong nghiên cứu này, các tác giả đã sử dụng sáu Sgl từ sáu thể thực khuẩn lây nhiễm các loại vi khuẩn khác nhau và xác định phần thành tế bào vi khuẩn hoặc các phân tử hỗ trợ mà mỗi Sgl tấn công. Phối hợp với các nhà khoa học từ Đại học Texas A&M, họ đã tiến hành mô tả chi tiết đặc điểm chức năng của một Sgl.

Công trình này cho thấy rằng các protein Sgl nhắm mục tiêu vào các con đường xây dựng thành tế bào phát sinh từ rất sớm trong lịch sử tiến hóa của vi khuẩn và vẫn được sử dụng bởi gần như tất cả các vi khuẩn (bao gồm cả vi khuẩn gây bệnh). Vì các protein Sgl tấn công các mục tiêu cơ bản và phổ biến như vậy nên chúng có thể tiêu diệt vi khuẩn khác với chủng mục tiêu của thể thực khuẩn -- khẳng định rằng chúng có tiềm năng lớn như thuốc kháng sinh.

Tác giả đầu tiên Benjamin Adler, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Jennifer Doudna tại UC Berkeley, cho biết: "Các thể thực khuẩn là những nhà đổi mới phi thường khi nói đến việc tiêu diệt vi khuẩn. Chúng tôi thực sự vui mừng khi khám phá ra các cơ chế nhắm mục tiêu mầm bệnh vi khuẩn mới có thể được tận dụng vào các liệu pháp".

Giờ đây, nhóm đã đánh giá phương pháp Dub-seq để giải quyết câu hỏi này, họ có thể áp dụng nó cho hàng nghìn phage sinh ra phân giải gen đơn lẻ đang chờ mô tả đặc điểm trong các mẫu môi trường mà nhóm đã thu thập từ đại dương, đất và thậm chí cả con người. ruột. Nguồn cảm hứng cho loại thuốc đột phá tiếp theo có thể ở đó, chờ đợi.

Nguồn Phòng thí nghiệm quốc gia DOE/Lawrence Berkeley