Бактерії — всюдисущі мікроскопічні організми, здатні до швидкого росту. У той час як корисні штами, такі як молочнокислі бактерії, сприяють здоров’ю кишечника і збереженню харчових продуктів, патогенні бактерії, такі як кишкова паличка (Escherichia coli) і золотистий стафілокок (Staphylococcus aureus), можуть викликати важкі інфекції. Ці шкідливі мікроби виробляють токсини і ферменти, які ставлять під загрозу здоров’я і все частіше виявляють стійкість до антибіотиків.
В останні роки вчені активно шукають альтернативні підходи до боротьби з патогенними бактеріями. Серед них застосування ендолізинів — ферментів, що руйнують клітинні стінки бактерій. Ці білки, що отримуються з бактеріофагів або модифікованих мікробів, мають специфічність у боротьбі з патогенами. Однак їх широке застосування обмежене високою вартістю виробництва, нестабільністю при зберіганні та обігу і схильністю до ферментативного розкладання.
Щоб усунути ці недоліки, дослідники з Пусанського національного університету в Кореї звернули свою увагу на позаклітинні везикули (extracellular vesicles, EV) — пов’язані з мембранами наночастинки, які транспортують біологічно активні молекули, такі як білки або нуклеїнові кислоти. Вчені за їх подобою розробили мікроскопічні «транспортні засоби», своєрідних троянських коників, які переносять на собі ендолізини, специфічні для патогенів.
Інфографіка експериментів з модифікації позаклітинних везикул
Результати їхньої роботи були опубліковані в журналі Chemical Engineering Journal 15 травня 2025 року. У дослідженні розповідається про відкриття та застосування нового поверхнево-активного білка, виявленого в EV бактерії Lacticaseibacillus paracasei.
У своєму дослідженні вчені спочатку культивували в лабораторних умовах штам бактерій L. paracasei, а потім зібрали мікроби за допомогою високошвидкісного центрифугування і виділили з них позаклітинні везикули. Згодом фракція білків, пов’язаних з EV, була піддана всебічному протеомному аналізу. В ході експериментів з картування функцій білків з використанням передових інструментів біоінформатики команда ідентифікувала 13 шуканих поверхнево-активних білків (surface-displaying proteins, SDP), пов’язаних з везикулами, отриманих з L. paracasei.
Пояснюючи важливість дослідження, професор Хванг Сун Кім зазначив, що на сьогоднішній день не було описано ще жодного SDP з везикул лабораторних видів бактерій. Дослідницька група вперше в історії ідентифікувала новий специфічний білок, названий LP-SDP3, з позаклітинних везикул L. paracasei. Крім того, вона виявила гомологічні білки SDP3 у E. coli та інших лабораторних штамів, при цьому функція SDP перехресно зберігалася у всіх цих видів.
Дослідники ввели PlyF307SQ-8C, ендолізин, який специфічно впливає на бактерії S. aureus, у везикули з LP-SDP3 кишкової палички та інших мікробів. В результаті мікроорганізми, що експресують PlyF307SQ-8C за допомогою білка LP-SDP3, змогли вибірково впливати на S. aureus і знищувати його. Крім того, модифіковані «кур’єри» виявилися стійкими до змін температури і рН і проявляли резистентність до протимікробних препаратів, зберігаючи при цьому аналогічний профіль безпеки в порівнянні з очищеним ендолізином PlyF307SQ-8C.
Інженерні наночастинки, отримані в лабораторії, можуть вироблятися у великих масштабах і знижують потребу в дорогих технологіях очищення білка. Через 5-10 років це дослідження може повністю змінити методи лікування інфекцій, консервування продуктів харчування та виробництва біологічних препаратів. Ми перейдемо від антибіотиків до безпечних, розумних і стійких біоінженерних альтернатив. Хванг Сун Кім
