اخیراً باکتریوسین ها، پپتیدهای ضد میکروبی مصنوعی تولید شده توسط باکتریوفاژها (فاژها)، به عنوان ضد میکروبی دقیق در حال توسعه هستند. این عامل ضد میکروبی هیدرولازهای دیواره سلولی خاص، مانند اندولیزین های مشتق شده از فاژ، را برای عملکرد خاص آنها هدف قرار می دهد.
اخیرا ارتباطات طبیعت مطالعه نشان داد که چگونه فاژ را می توان برای تولید باکتریوسین ها و هیدرولازهای دیواره سلولی به عنوان ژن های عامل ضد میکروبی مهندسی کرد. بنابراین، یک فاژ مهندسی شده می‌تواند برای توسعه درمان‌های فاژ مؤثر هترولوگ (HEPTs) استفاده شود.
مطالعه: افزایش درمان باکتریوفاژ از طریق تولید درجا و آزادسازی عوامل ضد میکروبی هترولوگ. اعتبار تصویر: MattL_Images/Shutterstock.com
زمینه
در حال حاضر، موثرترین درمان عفونت باکتریایی، آنتی بیوتیک های مولکولی کوچک است که طیف وسیعی از باکتری های بیماری زا را هدف قرار می دهد.
ظهور و انتقال جهانی مقاومت ضد میکروبی (AMR) بر نیاز به درمان‌های ضد میکروبی جدید و خاص پاتوژن تأکید می‌کند. این نوع مداخله همچنین از دیس بیوم میکروبیوم ناشی از آنتی بیوتیک جلوگیری می کند.
فاژها به دلیل اختصاصی بودن پاتوژن، فراگیر بودن و ظرفیت خود همانندسازی در درمان مهم هستند. حتی اگر حذف باکتری میزبان توسط فاژها عمدتاً مستقل از مشخصات مقاومت دارویی میزبان است، این درمان اغلب در از بین بردن تمام سلول‌های باکتریایی هدف ناموفق است.
این نقص فاژها می تواند به دلیل مکانیسم مقاومت ناشناخته یا تحمل فاژ باشد که می تواند برای مقابله با شکار ویروسی ایجاد شود.
مطالعات قبلی چندین مکانیسم مرتبط با مقاومت یا تحمل فاژ را شناسایی کرده‌اند، از جمله تولید ماتریس‌های خارج سلولی، ایمنی تطبیقی CRISPR-Cas، جهش یا کاهش بیان گیرنده‌های فاژ، سیستم‌های محدود/اصلاح، و سیستم‌های عفونت ناقص.
پیشرفت در زیست شناسی مصنوعی و فناوری CRISPR-Cas امکان اصلاح ژنوم فاژها را فراتر از فاژهای مدل معمولی مانند T4، T7 یا لامبدا فراهم کرده است.
مهندسی ژنتیک از طریق انتقال ماژول های برنامه ریزی شده CRISPR-Cas با واسطه فاژ و پاتوژن خاص، ضد میکروبی های توالی خاص ایجاد کرده است.
از طریق اصلاح مستقیم پروتئین اتصال گیرنده، فاز مهندسی شده برای تطبیق تروپیسم فاژ طراحی شده است. فاژ مهندسی شده همچنین برای تحویل پروتئین های سمی به عنوان محموله های ژنتیکی استفاده می شود و در تشخیص استفاده می شود.
عفونت های دستگاه ادراری (UTIs) یکی از شایع ترین شرایط میکروبی است که همه گروه های سنی را تحت تاثیر قرار می دهد. این یک نگرانی عمده بهداشت عمومی است که سالانه بیش از 2.8 میلیارد دلار آمریکا را به خود اختصاص می دهد.
اگرچه شایع ترین عامل عفونت ادراری است اشریشیا کلی، طیف گسترده ای از قارچ های گرم مثبت، گرم منفی و قارچ ها نیز باعث عفونت ادراری می شوند.
در مورد مطالعه
این مطالعه از UTIها به عنوان مدلی برای نشان دادن اینکه چگونه HEPTها می توانند به عنوان ضد میکروبی دقیق در برابر پاتوژن های عفونت ادراری عمل کنند، استفاده کرد. این مطالعه نشان داد که HEPTها مقاومت را سرکوب می‌کنند و از طریق هدف‌گیری دوگانه فاژی و عاملی، باعث افزایش کشتار بیماری‌زای ادراری می‌شوند.
مطالعه حاضر 339 ایزوله به‌دست‌آمده از 227 مورد عفونت ادراری در زوریخ، سوئیس را در سال 2020 تجزیه و تحلیل کرد. در مجموع 25 گونه مختلف باکتری شناسایی شد. در این میان، سه اوروپاتوژن فراوان بودند E. coli، انتروکوکوس فکالیس، و کلبسیلا پنومونیه.
یافته های مطالعه
در این مطالعه، HEPT ها با استفاده از پنج فاژ لیتیک مجزا ساخته شدند که پاتوژن های ادراری را هدف قرار می دهند، یعنی: E. coli (فاژهای E2 و CM001)، E. faecalis (فاژهای EfS3 و EfS7) و K. پنومونیه (فاژ K1).
برای uropathogens گرم منفی، چهار باکتریوسین شبه کولیسین (CLBs) به عنوان اثرگذار انتخاب شدند. اینها علیه آنها فعال بودند E. coli و K. پنومونیه. برای E. faecalisکه یک اوروپاتوژن گرم مثبت است، یک هیدرولاز دیواره سلولی کایمریک مشتق از فاژ (EC300) استفاده شد که دیواره سلولی باکتری را با ویژگی بالا شناسایی و مختل کرد.
همه ژن‌های عامل از نظر ژنتیکی برای هدف قرار دادن پاتوژن‌های خاص بهینه‌سازی شدند و این ژن‌ها در ژنوم فاژ گنجانده شدند.
در مجموع 14 HEPT بر اساس پنج داربست فاژی مجزا ساخته شد که شامل پنج ژن بار مختلف بود. این نامزدهای HEPT با استفاده از مهندسی به کمک CRISPR-Cas9 یا راه‌اندازی مجدد ژنوم‌های مصنوعی در میزبان‌های جایگزین مناسب ایجاد شدند.
به منظور جلوگیری از سمیت و هزینه های تناسب اندام، HEPT های کدکننده CLB بر اساس پروتئین های ایمنی باکتریوسین مربوطه ساخته و تکثیر شدند.
همه پروتئین‌های مؤثر توسعه‌یافته در برابر طیف وسیعی از جدایه‌های مشتق شده از ادرار، به‌ویژه گونه‌های هدف، با سطوح مختلف اثربخشی فعال بودند. یافته‌های تجربی نشان داد که HEPTهای توسعه‌یافته به عنوان ضد میکروبی‌های دقیق مؤثر عمل می‌کنند.
این نقش بر اساس فعالیت کشتار پاتوژن خاص آنها در باکتریوفاژها با تولید درجا و انتشار عوامل ضد میکروبی ثانویه نشان داده شد. این مکانیسم سرکوب زیرجمعیت های مقاوم به فاژ را فعال می کند.
علاوه بر این، یک کوکتل HEPT یا HEPT می تواند برای کنترل پاتوژن های باکتریایی بین جنس استفاده شود. در مقایسه با فاژ نوع وحشی، یک HEPT تولید کننده کولیسین E7 کنترل برتر بیمار را نشان داد. E. coli باکتریوری
نتیجه گیری
مطالعه حاضر بر توسعه HEPTs به عنوان یک عامل ضد میکروبی دقیق در برابر پاتوژن های UTI متمرکز شده است. قابل ذکر است، HEPTها مزایای بسیاری را مطابق با دیدگاه‌های رشدی، درمانی و ترجمه ارائه می‌دهند.
در اینجا، HEPT های تازه توسعه یافته می توانند مقاومت را سرکوب کرده و از طریق هدف گیری دوگانه فاژ و فاژ، کشتن پاتوژن های ادراری را افزایش دهند. HEPTها برای کنترل جوامع uropathogen چند میکروبی با تولید عوامل با فعالیت متقابل جنس طراحی شدند.
این مطالعه اهمیت فاژها با افکتورهای هترولوگ را برای درمان موثر UTI برجسته کرد. این رویکرد می تواند یک ابزار همه کاره برای تقویت و تطبیق ضد میکروبی های دقیق مبتنی بر فاژ باشد.