Sciencemag.cz
Related Articles
Buněčná stěna zlatého stafylokoka je mimořádně silná. Virus využívá kombinaci mechanické síly a enzymů.
Tým vedený vědci z CEITEC Masarykovy univerzity objasnil mechanismus infekce u bičíkatých bakteriofágů, tedy jedné ze skupin virů, které napadají bakterie. Tyto fágy cílí mimo jiné na zlatého stafylokoka (Staphylococcus aureus), významného původce infekcí často odolného vůči antibiotikům, který patří mezi bakterie vyznačující se mimořádně silnou buněčnou stěnou. Přestože byl mechanismus infekce u některých jiných bakteriofágů popsán již dříve, u bičíkatých fágů napadajících stafylokoka a další bakterie se silnou buněčnou stěnou zůstával dosud neznámý. Vědci nyní ukázali, jak bakteriofág dokáže prorazit ochrannou vrstvu bakteriální buňky a dopravit do ní svou genetickou informaci. Výsledky výzkumu tak mohou přispět k vývoji nových přístupů v boji proti bakteriím odolným vůči antibiotikům.
Zlatý stafylokok (Staphylococcus aureus) patří mezi nejčastější původce infekcí u lidí. Může způsobovat kožní infekce, zápaly plic i život ohrožující otravy krve. Řada jeho kmenů je navíc rezistentní vůči běžně používaným antibiotikům, což zvyšuje zájem o alternativní způsoby léčby, mezi které patří právě bakteriofágy.
„Bakteriofágy jsou nejpočetnější biologické entity na Zemi a bakterie napadají už miliardy let. Přesto stále neznáme detaily toho, jak přesně dokážou překonat buněčnou stěnu některých Gram-pozitivních (tlustostěnných) bakterií. Nyní jsme mohli tento proces zrekonstruovat díky snímkům bakteriofága před a po přichycení na bakterii“ říká Ján Bíňovský z CEITEC Masarykovy univerzity (MUNI), který výzkum vedl spolu s Martou Šiborovou.
Studovaný bakteriofág 812 napadá právě bakterii Staphylococcus aureus. Vědci zjistili, že po rozpoznání správného hostitele u něj dochází k rozsáhlým změnám v proteinové struktuře na konci bičíku. Jednotlivé části této struktury připomínající přistávací modul se přeskupí do nové podoby, která umožní pevné přichycení viru k povrchu bakterie. Zároveň se aktivuje mechanismus, který spustí smrštění bičíku viru.
„Tento proces funguje podobně jako uvolnění natažené pružiny. Bičík bakteriofága se zkrátí přibližně na polovinu své původní délky a uvolněná energie protlačí centrální trubici skrz ochranné vrstvy bakterie. Následně může virus dopravit svou genetickou informaci do jejího nitra a zahájit infekci,“ vysvětluje Marta Šiborová.
Na rozdíl od mnoha jiných bakterií je buněčná stěna zlatého stafylokoka mimořádně silná. Vědci proto zkoumali v detailu, jak si s touto překážkou bakteriofág poradí. Zjistili, že virus využívá kombinaci mechanické síly a enzymů. Některé části jeho infekčního aparátu pravděpodobně narušují teichoové kyseliny tvořící vnější ochrannou vrstvu buněčné stěny. Další proteiny následně rozkládají peptidoglykan, tedy hlavní stavební materiál bakteriální stěny. Nakonec bakteriofág prorazí i vnitřní lipidovou membránu. Teprve poté dojde k průniku infekční trubice do buňky.
Výsledky ukazují, že bakteriofág nefunguje jako jednoduchá „jehla“, ale jako složitý nanostroj složený z desítek spolupracujících proteinů.
Přestože jde o základní výzkum, získané poznatky mohou být důležité i pro budoucí medicínské aplikace. Bakteriofágy jsou považovány za jednu z možných cest léčby infekcí způsobených bakteriemi odolnými vůči antibiotikům. „Pokud chceme bakteriofágy v budoucnu cíleně využívat nebo dokonce upravovat pro léčebné účely, musíme nejprve detailně porozumět tomu, jak fungují. Naše práce poskytuje znalosti, jak bakteriofágy rozpoznávají své hostitele a jak zahajují infekci,“ říká Pavel Plevka, strukturní biolog a vedoucí výzkumné skupiny na CEITEC MUNI.
Na studii, která byla publikována v EMBO Journal, spolupracovali i vědci a vědkyně z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity.
