Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021

Эта работа опубликована в номинации «Наглядно о ненаглядном» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.

---

Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.

---

Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.

---

Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

---

«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»

Немного о VR

В видео есть часть, где представлена VR-работа. Чтобы лучше понять, что где находится — прочитайте, пожалуйста, описание ниже:

1. Для удобства рассмотрения внутренних процессов, происходящих в бактериальной клетке, клеточная стенка и цитоплазматическая мембрана сделаны прозрачными.
2. В цикле репродукции вируса рассматривается один вид бактериофага. Это стафилококковый бактериофаг 80α (альфа).
3. Процессы репликации, трансляции и транскрипции упрощены, и для лучшего ви́дения этих процессов они немного разнесены в пространстве.

Золотистый стафилококк

Стафилококки — грамположительные и не спорообразующие кокки, которые образуют пары, короткие цепочки или гроздья. Род Staphylococcus содержит много видов, которые отделяются друг от друга на основе продукции фермента коагулазы [1].

Золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus) — коагулазоположительный вид, является одним из самых вирулентных видов.

Вирулентность

(от лат. virulentus — «ядовитый») степень способности инфекционного агента (штамма микроорганизма или вируса) вызывать заболевание или гибель организма.

Золотистый стафилококк — часто безвредный обитатель эпителия кожи и слизистых оболочек человека, но также связан с серьезными системными и местными инфекциями [2] и является одной из наиболее распространенных причин пищевых инфекций во всем мире. S. aureus производит 15 энтеротоксинов.

Энтеротоксины

бактериальные токсины, которые вызывают секрецию жидкости из клеток кишечника.

Борьба с золотистым стафилококком

Борьба с бактериями велась издавна. Люди пробовали лечить раны растениями. И методом проб и ошибок подбирали нужные противомикробные лекарства [3].

Однако настоящая борьба с бактериями началась после открытия Александром Флемингом пенициллина в 1928 году. А уже в 1929 году вышла статья Флеминга в British Journal of Experimental Pathology. Хотя до Флеминга пенициллин «открывали» уже несколько раз, но ученые того времени всего лишь писали доклады, делали заметки, но не публиковали результаты в научных журналах [4]. Открытый гриб убивал стафило- и стрептококков и даже дифтерийную палочку [5].

Уже в 1940 году появились первые сведения об устойчивости бактерий к пенициллину.

Бактериофаг

В 1919 году, еще до обнаружения пенициллина, Феликс Д’Эрелль открыл совершенно другой метод борьбы с бактериями. Но потом он так и не смог конкурировать с антибиотиками. Речь идет о бактериофаговой терапии.

Бактериофаги (фаги) — это вирусы, которые используют для размножения только прокариотические клетки. Эти вирусы встречаются в природе повсеместно [6]. S. aureus был одним из первых организмов, использованных для демонстрации существования бактериофага [2].

В 1920–1940-е годы проводили множество исследований по клиническому применению бактериофагов, но стабильных результатов получено не было. На Западе от бактериофаговой терапии начали отказываться [7].

Борьба золотистого стафилококка и бактериофага

Сейчас фаговые препараты представляют собой смеси нескольких бактериофагов. Мы остановимся на одном из стафилококковых фагов.

Фаг 80α — умеренный бактериофаг лямбда семейства Siphoviridae с геномом в виде двухцепочечной ДНК. 80α способен к генерализованной трансдукции, а также может выступать в качестве помощника для мобилизации островков патогенности SaPI [2], которые, как было показано, кодируют такие факторы вирулентности, как токсины синдрома токсического шока и коагулаза [1].

Как и у других бактериофагов, капсид 80α собирается в виде пустого предшественника — прокапсида. Горсти фаговой ДНК упаковываются в прокапсиды через портальную вершину в АТФ-зависимом процессе, который требует малых и больших субъединиц фермента терминазы. Упаковка ДНК сопровождается расширением капсида и структурной перестройкой оболочки.

Для бактериофаговой терапии рекомендуется использовать те бактериофаги, которые идут по литическому пути развития (с разрывом клетки).

Бактериофаговые препараты

Сейчас с развитием современных методов генной инженерии и молекулярной биологии бактериофаговая терапия оживает в новых исследованиях. И на данный момент бактериофаговая терапия применяется очень осторожно и строго контролируемо, во избежание повторения истории с антибиотиками.

Однако не везде соблюдаются такие строгие стандарты. В Западной Европе после открытия антибиотиков от использования бактериофагов довольно быстро отказались. В Восточной Европе, несмотря на отсутствие крупных и контролируемых клинических испытаний, они оставались относительно популярным лечением в XX веке [8].

В СССР продолжали изучение бактериофагов. Это привело к тому, что в странах постсоветского пространства накопилась большая их коллекция. Сейчас, когда западные страны только начинают присматриваться к бактериофаговой терапии для лечения золотистого стафилококка и выписывают их заболевшему человеку в редких случаях под строгим наблюдением врача [9], в России бактериофаги в качестве лекарственного препарата используют довольно активно. И могут выписывать такие препараты «с легкой руки» при том, что их эффективность не доказана [10–16]: большинство российских исследований бактериофагов ограничено 30–40 участниками — такие исследования не являются доказательными. К сожалению, такое халатное использование препаратов может привести к увеличению случаев резистентности бактерий.

Очень важно относиться к бактериофагам с особой осторожностью. Иначе в скором времени мы увидим новость «Бактерии резистентны к бактериофаговой терапии».

Приглашение от авторов проекта

Мы хотим, чтобы у всех была возможность окунуться в микромир. Поэтому приглашаем жителей Санкт-Петербурга лично посетить виртуальную реальность. Чтобы сделать это, напишите Надежде в Instagram (irreal.art) или Ярославе в VK.

И вам дадут такую возможность!

Литература

1. Desk encyclopedia of microbiology (2nd Edition) / ed. by M. Schaechter. Academic Press, 2010;
2. Joanna Szaleniec, Andrzej Górski, Maciej Szaleniec, Ryszard Międzybrodzki, Beata Weber-Dąbrowska, et. al.. (2017). Can phage therapy solve the problem of recalcitrant chronic rhinosinusitis?. Future Microbiology. 12, 1427-1442;
3. Антибиотики и антибиотикорезистентность: от древности до наших дней;
4. Эволюция наперегонки, или Почему антибиотики перестают работать;
5. Победитель бактерий;
6. Isabel Titze, Tatiana Lehnherr, Hansjörg Lehnherr, Volker Krömker. (2020). Efficacy of Bacteriophages Against Staphylococcus aureus Isolates from Bovine Mastitis. Pharmaceuticals. 13, 35;
7. Пожиратели бактерий: убийцы в роли спасителей;
8. Camille Kolenda, Jérôme Josse, Mathieu Medina, Cindy Fevre, Sébastien Lustig, et. al.. (2019). Evaluation of the Activity of a Combination of Three Bacteriophages Alone or in Association with Antibiotics on Staphylococcus aureus Embedded in Biofilm or Internalized in Osteoblasts. Antimicrob Agents Chemother. 64;
9. Steven Y. C. Tong, Joshua S. Davis, Emily Eichenberger, Thomas L. Holland, Vance G. Fowler. (2015). Staphylococcus aureus Infections: Epidemiology, Pathophysiology, Clinical Manifestations, and Management. Clin. Microbiol. Rev.. 28, 603-661;
10. Алешкин А.В. (2015). Опыт применения лечебных бактериофагов при гнойно-воспалительных заболеваниях ЛОР-органов. «Медицинский совет». 16, 96–101;
11. Додова Е.Г., Горбунова Е.А., Аполихина И.А. (2015). Постантибиотиковая эра: бактериофаги как лечебная стратегия. «Медицинский совет». 11, 49–53;
12. Лыско, К. А., Отрашевская, Е. В., Игнатьев, Г. М. (2013). Лечебно-профилактические препараты бактериофагов: краткий обзор производства и применения. «БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение». 4, 4–9;
13. A.A. Ayzenshtadt, Children’s City Clinical Hospital No 1, Nizhniy Novgorod, Russian Federation, I.V. Sadovnikova, Nizhniy Novgorod State Medical Academy, Nizhniy Novgorod, Russian Federation. (2018). The use of bacteriophages in therapy of ENT organs in children. Vopr. prakt. pediatr.. 13, 49-53;
14. Худоногова З.П., Евстропов А.Н., Васильева Н.Г., Рымша М.А., Подволоцкая И.В., Шоларь М.В. (2011). Эффективность использования стафилококкового бактериофага в топической терапии хронического тонзиллита. «Российская оториноларингология». 6, 176–179;
15. Dilyara Martykanova, Ilya Zemlenuhin, Ollga Reshetnik, Dilyara Kamaldinova, Nailya Davletova. (2019). Sensitivity of staphylococcus microflora of wrestlers’ skin to bacteriophages. SCIENCE AND SPORT: current trends. 7, 136-141;
16. Никифорова Г.Н. и Пшонкина Д.М. (2015). Возможности использования бактериофагов в лечении инфекционных заболеваний лор-органов у детей. «Медицинский совет». 6, 34–37;
17. Репецкая М.Н., Маслов Ю.Н., Шайдуллина Е.В., Бурдина О.М. (2014). Микробиоценоз кожи и слизистых при атопическом дерматите у детей. «Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии». 6, 112–116;
18. Yu. A. Tyurin, R. S. Fassakhov, T. V. Grigorieva, I. G. Mustafin. (2016). MICROBIAL COMPOSITION OF VARIOUS SURFACES OF SKIN DURING DEVELOPMENT OF ATOPIC DERMATITIS BASED ON DATA FROM MALDI-TOF MASS-SPECTROMETRY IDENTIFICATION METHOD. Zhurnal mikrobiologii, èpidemiologii i immunobiologii. 30-36;
19. James L. Kizziah, Keith A. Manning, Altaira D. Dearborn, Terje Dokland. (2020). Structure of the host cell recognition and penetration machinery of a Staphylococcus aureus bacteriophage. PLoS Pathog. 16, e1008314;
20. Joanna Szaleniec, Andrzej Górski, Maciej Szaleniec, Ryszard Międzybrodzki, Beata Weber-Dąbrowska, et. al.. (2017). Can phage therapy solve the problem of recalcitrant chronic rhinosinusitis?. Future Microbiology. 12, 1427-1442;
21. Neil C.W. Tan, Alkis J. Psaltis. (2020). Latest developments on topical therapies in chronic rhinosinusitis. Current Opinion in Otolaryngology & Head & Neck Surgery. 28, 25-30;
22. Amanda Drilling, Sandra Morales, Camille Jardeleza, Sarah Vreugde, Peter Speck, Peter-John Wormald. (2014). Bacteriophage Reduces Biofilm of Staphylococcus Aureus Ex Vivo Isolates from Chronic Rhinosinusitis Patients. Am J Rhinol�Allergy. 28, 3-11;
23. Ruud H. Deurenberg, Ellen E. Stobberingh. (2008). The evolution of Staphylococcus aureus. Infection, Genetics and Evolution. 8, 747-763;
24. Timothy J. Foster. (2017). Antibiotic resistance in Staphylococcus aureus. Current status and future prospects. FEMS Microbiology Reviews. 41, 430-449;
25. Andrzej Górski, Ryszard Międzybrodzki, Małgorzata Łobocka, Aleksandra Głowacka-Rutkowska, Agnieszka Bednarek, et. al.. (2018). Phage Therapy: What Have We Learned?. Viruses. 10, 288;
26. Eric Pelfrene, Elsa Willebrand, Ana Cavaleiro Sanches, Zigmars Sebris, Marco Cavaleri. (2016). Bacteriophage therapy: a regulatory perspective. J. Antimicrob. Chemother.. 71, 2071-2074;
27. Ry Young. (2013). Phage lysis: do we have the hole story yet?. Current Opinion in Microbiology. 16, 790-797;
28. Madigan M.T., Martinko J.M., Stahl D.A., Clark D.P. Brock biology of microorganisms. Benjamin Cummings, 2012. — 1043 p.;
29. Ryland Young. (2014). Phage lysis: Three steps, three choices, one outcome. J Microbiol.. 52, 243-258;
30. Anastasia A. Aksyuk, Michael G. Rossmann. (2011). Bacteriophage Assembly. Viruses. 3, 172-203;
31. Joe Grove, Mark Marsh. (2011). The cell biology of receptor-mediated virus entry. Journal of Cell Biology. 195, 1071-1082;
32. Alan R. Davidson, Lia Cardarelli, Lisa G. Pell, Devon R. Radford, Karen L. Maxwell. (2012). Long Noncontractile Tail Machines of Bacteriophages. Viral Molecular Machines. 115-142;
33. Ian J. Molineux, Debabrata Panja. (2013). Popping the cork: mechanisms of phage genome ejection. Nat Rev Microbiol. 11, 194-204;
34. Bo Youn Moon, Joo Youn Park, D. Ashley Robinson, Jonathan C. Thomas, Yong Ho Park, et. al.. (2016). Mobilization of Genomic Islands of Staphylococcus aureus by Temperate Bacteriophage. PLoS ONE. 11, e0151409;
35. Michael S. Spilman, Altaira D. Dearborn, Jenny R. Chang, Priyadarshan K. Damle, Gail E. Christie, Terje Dokland. (2011). A Conformational Switch Involved in Maturation of Staphylococcus aureus Bacteriophage 80α Capsids. Journal of Molecular Biology. 405, 863-876.