Fagii ingineri utilizează ancore moleculare pentru a penetra celulele umane
Un studiu recent a identificat proteinele de suprafață ale fagilor care acționează ca ancore moleculare, conferindu-le capacitatea de a se atașa de celulele umane.
Prin inginerie genetică, cercetătorii au transferat aceste proteine de aderență pe suprafața unui alt fag care, altfel, nu avea această abilitate. Fagii ingineri s-au legat mai eficient de celulele umane, au pătruns în ele într-un ritm mai mare și au rămas în tractul gastrointestinal al șoarecilor pentru o perioadă extinsă, în timp ce fagii neingenierizați au fost eliminați rapid.
Acest lucru demonstrează că legarea epiteliului nu este doar un efect secundar curios, ci o strategie evolutivă avantajoasă, determinată de proteinele modulare de suprafață ale fagilor.
„Fagii sunt cunoscuți pentru atacarea bacteriilor, dar pot avea mai multe de oferit decât activitate antibacteriană. Studiul nostru arată că unii fagii poartă ancore moleculare care îi ajută să se atașeze de celulele umane și chiar să pătrundă în ele. Ei nu sunt virusuri umane și nu se pot replica în celulele umane, dar această abilitate neobișnuită ar putea fi utilizată în viitor pentru a concepe terapii cu fagii mai precise”, a declarat Gábor Apjok, co-first și co-corresponding author al studiului.
Analiza imagistică bazată pe microscopie a jucat un rol esențial în această cercetare. Cercetătorii nu doar că au vizualizat fagii pătrunzând în celule, dar au observat și că aceștia se îndreaptă preferențial către aparatul Golgi și reticulul endoplasmatic, două organite celulare principale implicate în numeroase afecțiuni. Cărțile de acces către aceste compartimente sunt non-degradative, sugerând că fagii care urmează această rută scenică ar putea rămâne intacte, spre deosebire de cei care sunt absorbiți prin procese degradative, cum ar fi prin lisozomi.
Studiul ridică întrebări noi, inclusiv dacă și cât timp rămân fagii internalizați intacti în interiorul celulelor, dacă acest proces afectează funcțiile celulare sau influențează în cele din urmă procesele fiziologice și dacă poate fi valorificat pentru livrarea terapeutică.
De asemenea, cercetarea transformă modul în care percepem microbiomul intestinal. Intestinul nu este doar un ecosistem bacterian, ci și unul dintre cele mai bogate medii virale din corpul uman. Aceste rezultate sugerează că unii fagii ar putea interacționa nu doar cu bacteriile, ci și direct cu suprafața epitelială a intestinului.
În intestin, fagii nu se deplasează printr-un spațiu gol: trebuie să persiste într-un mediu complex de mucus, bacterii și celule epiteliale. Rezultatele noastre sugerează că anumite proteine de suprafață ar putea să-i ajute nu doar să treacă prin acest mediu, ci și să se atașeze de acesta. Acesta este un pas important pentru înțelegerea modului în care este organizat viromul intestinal.
Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că fagii care poartă gene similare legate de aderență nu sunt excepții rare. Aceștia apar în mai multe grupuri comune de fagii intestinali, care sunt printre cei mai abundanți și prevalenți membri ai viromului intestinal, sugerând că aceste ancore moleculare ar putea explica succesul lor ecologic. Fagii care poartă astfel de gene par să fie mai abundanți în viromurile intestinale sănătoase. Aceasta nu înseamnă că ei sunt factorii determinanți ai sănătății; mai degrabă, ar putea fi mai bine adaptați pentru a persista într-un mediu mucozal stabil și bine funcțional.
Descoperirile ar putea fi relevante și pentru viitorul terapiei cu fagii. Pentru ca un fag terapeutic să elimine bacteria țintă, trebuie să ajungă la locul potrivit și să rămână acolo suficient timp pentru a acționa. Înțelegerea proteinelor care controlează legarea fagilor de țesuturile umane ar putea ajuta la proiectarea unor fagii cu proprietăți de targetare și retenție mai precise.
Lucrarea a fost coordonată de laboratorul Bálint Kintses de la HUN-REN Biological Research Centre, Szeged, și a implicat contribuții din mai multe laboratoare și discipline, inclusiv microscopie, biologie a fagilor, bioinformatică, genomică microbiană și bioinginerie.
