Zinātnieki, meklējot jaunus veidus bakteriālu infekciju ārstēšanai, arvien biežāk pievēršas bakteriofāgiem jeb fāgiem — vīrusiem, kas īpaši uzbrūk baktērijām. Tādēļ tie var iznīcināt kaitīgos mikrobus, nebojājot cilvēka šūnas. Fāgi spēj iedarboties arī uz baktērijām, kurām izveidojusies rezistence pret antibiotikām.

Tomēr fāgu terapijai ir būtisks šķērslis: baktērijas pret vīrusiem nav bezpalīdzīgas. Tās ir attīstījušas savas imūnsistēmas, un šo aizsardzības mehānismu izpratne varētu palīdzēt izveidot terapeitiskos fāgus, kas spēj tos pārvarēt.

Jaunā pētījumā identificēts svarīgs veids, kā baktērijas atpazīst vīrusa uzbrukumu. Zinātnieki noskaidroja, ka vīrusa enzīms pārgriež baktērijas šūnā esošu būtisku sensoru molekulu. Šis bojājums kļūst par trauksmes signālu, kas aktivizē imūnreakciju. Atklājums nākotnē varētu palīdzēt izstrādāt efektīvāku fāgu terapiju, kas spēj izvairīties no baktēriju aizsardzības.

“Šī ir viena no izplatītākajām baktēriju imunitātes formām, tāpēc, kad beidzot to izpratām, tas bija īsts “eirekas” brīdis,” sacīja Sems Hobss, Jūtas Universitātes Veselības centra bioķīmijas docents un pētījuma pirmā autors.

Vīrusa enzīms kļūst par uzbrukuma signālu

Pētījumā aplūkota baktēriju imūnsistēma, ko sauc par CBASS. Kad tā tiek aktivizēta, CBASS var izraisīt ārkārtēju “pēdējās iespējas” reakciju: inficētā baktērija nogalina pati sevi, pirms iebrūkošais vīruss spēj izplatīties uz blakus šūnām.

Tā kā šīs aizsardzības aktivizēšana baktērijai ir nāvējoša, sistēmai īsts vīrusa drauds jāspēj atpazīt ar ļoti lielu precizitāti.

Hobss un viņa kolēģi atklāja, ka šis atpazīšanas process balstās uz kaut ko, kas nepieciešams pašam vīrusam. Atsevišķi fāgi ražo enzīmu, kas kļūst par signālu un brīdina baktēriju par uzbrukumu.

“Noteikta veida fāgiem ir proteīns, ko sauc par proteāzi, un tas noārda citus proteīnus,” skaidroja Hobss. “Mēs atklājām, ka fāga proteāze tieši iedarbojas uz saimniekšūnas proteīnu, un tas ir signāls, kas ieslēdz visu signalizācijas ceļu.”

Šis vīrusa noteikšanas veids būtiski atšķiras no citām radniecīgām pretvīrusu imūnsistēmām. Daži šādi ceļi vīrusu atpazīst tieši pēc tā ģenētiskā materiāla. CBASS gadījumā ierosinātājs ir vīrusa proteīna darbība uz proteīnu, kas pieder baktērijai-saimniekam.

“Šis ir pilnīgi jauns mehānisms tam, kā tiek aktivizēti šie saimniekšūnas proteīni. Es nekad nebūtu iedomājies, ka tas darbosies tieši šādi,” sacīja Hobss.

Senas imūnsistēmas saikne ar cilvēkiem

Atklājums ne tikai paplašina izpratni par to, kā baktērijas aizsargājas pret fāgiem, bet var palīdzēt arī izprast cilvēku imunitāti. CBASS ir saistīta ar imūno ceļu, kas sastopams cilvēkos. Tas liecina, ka atsevišķi šīs pretvīrusu aizsardzības aspekti ir saglabājušies ārkārtīgi ilgā evolūcijas periodā.

Šī saikne norāda, ka attiecīgais ceļš pastāv vismaz kopš baktēriju un cilvēku kopīgā priekšteča. Baktērijas pētniekiem nodrošina arī noderīgu eksperimentālu sistēmu fundamentālu jautājumu izpētei par imunitāti. To straujie dzīves cikli ļauj ātri pētīt imūnos procesus un pēc tam pārbaudīt iegūtos secinājumus bioloģiskos modeļos, kas ir tuvāki cilvēkam.

“Tas, ka šīs sistēmas ir saglabājušās baktērijās un cilvēkos, liecina, ka tās dažādos organismos ir uzturētas visā šajā evolūcijas ceļā,” sacīja Hobss. “Šūnas mums norāda, ka tas ir ļoti svarīgs ceļš, jo tās to ir saglabājušas miljardiem gadu. Tas ir ārkārtīgi fascinējoši un sniedz lielisku ieskatu tajā, kas nepieciešams spējai cīnīties ar vīrusiem.”

Pētījums publicēts žurnālā Science ar nosaukumu “Phage proteases activate CBASS antiphage immunity”.

Darbu atbalstīja Pew Biomedical Scholars programma, Burroughs Wellcome Fund, G. Harold and Leila Y. Mathers Foundation, Cancer Research Institute (CRI3996), Parker Institute for Cancer Immunotherapy, Massachusetts Consortium on Pathogen Readiness un Nacionālo veselības institūtu Nacionālais vispārējo medicīnas zinātņu institūts (1DP2GM146250-01). Pētījuma saturs ir tikai autoru atbildība un ne vienmēr atspoguļo Nacionālo veselības institūtu oficiālo viedokli.