פיראטיות מיקרוביאלית מציעה רמזים ללחימה בהתנגדות אנטי -מיקרוביאלית

החוקרים גילו כיצד 'פאגי פיראטים' חוטפים נגיפים אחרים כדי לפרוץ לחיידקים, ולשתף חומר גנטי חדש לתכונות מסוכנות.

מדענים אימפריאליים חשפו כיצד חיידקים מסוגלים לחטוף נגיפים אחרים כדי לפרוץ לתאי חיידקים ולהתפשט, באמצעות מעשה של פיראטיות מיקרוביאלית שיכולה להיות רתמה לרפואה.

הגילוי, שפורסם בכתב העת תָאחושף מסלול עיקרי שבאמצעותו חיידקים מסוגלים לרכוש חומר גנטי חדש, כולל תכונות שיכולות להפוך אותם ליותר ארסיים או עמידים יותר לאנטיביוטיקה. החוקרים מאמינים כי היא יכולה גם לפתוח את הדלת לדרכים חדשות להתמודד עם האיום הגלובלי של התנגדות אנטי -מיקרוביאלית (AMR) ופיתוח כלי אבחון מהירים.

שלבים (או בקטריופאגים) הם נגיפים המדביקים והורגים חיידקים. הם בין האורגניזמים השופעים ביותר בכדור הארץ ולעתים קרובות הם ספציפיים מאוד, שכל אחד מהם מותאם לתקוף רק מין חיידקי אחד. מבחינה מבנית, הם דומים למזרקים מיקרוסקופיים: עם קטע 'ראש' עמוס ב- DNA וקטע זנב המוטות בסיבים דוקרניים הנופלים על חיידקים ומזריקים את העומס הגנטי שלהם.

אבל הפאגים עצמם אינם בטוחים מפני טפילים. הם יכולים להיות ממוקדים על ידי אלמנטים גנטיים קטנים המכונים לווייני פאג 'החוטפים את המכונות הגנטיות של הפאג' כדי להפיץ.

במחקר האחרון, חוקרים אימפריאליים התמקדו במשפחה עוצמתית של לווייני פאג הנקראים איים כרומוזומליים מעוררי פאג '(CF-PICIS). אלמנטים גנטיים אלה יכולים להפיץ גנים לעמידות אנטיביוטית ונגיף, ונמצאים על פני יותר מ -200 מינים חיידקיים. אולם בדיוק איך הם הצליחו לנוע בצורה כל כך יעילה, לא היה ברור.

CF-PICIS, שהתגלה לראשונה על ידי הצוות בשנת 2023, יכול לבנות קפסידים משלהם ('הראשים' הוויראליים), אך הם חסרים זנבות, כלומר בעצמם הם מייצרים חלקיקים לא זיהויים-כלומר הם אינם מסוגלים להדביק פאבים. בעבודתם האחרונה גילו חוקרים במרכז האימפריאל לביולוגיה של עמידות חיידקים את היצירה החסרה של הפאזל: זנבות חטיפת CF-PICIS מהפאגים שאינם קשורים, ויוצרים וירוסים "כיריים" היברידיים. התוצאה היא שלב כימרי הנושא DNA של CF-PICI בתוך הקפסידים שלהם אך זנב הנגזר מהפאג.

באופן חיוני, חלק מה- CF-PICIS יכולים לחטוף זנבות ממיני פאגים שונים לחלוטין, ובאופן יעיל להרחיב את הטווח המארח שלהם. מכיוון שהזנב מחליט אילו חיידקים ממוקדים, פיראטיות זו מעניקה ל- CF-PISIS את היכולת להסתנן למינים חיידקים חדשים, ומסבירה את שפעם הגדול בטבע.

לדברי החוקרים, ההשלכות יכולות להיות חשובות למדע. על ידי הבנת ורתמת הפיראטיות המולקולרית הזו, החוקרים מאמינים שהם יכולים לוויינים להנדס מחדש כדי למקד לחיידקים עמידים לאנטיביוטיקה, להתגבר על הגנות חיידקים עיקשות כמו ביו-פילמים ואף לפתח כלי אבחון חדשים חזקים.

לווייני הפיראטים האלה לא רק מלמדים אותנו כיצד חיידקים חולקים תכונות מסוכנות. הם יכלו לעורר טיפולים ובדיקות מהדור הבא כדי להמציא כמה מהזיהומים הקשים ביותר שעומדים בפנינו. "

ד"ר טיאגו דיאס דה קוסטה, ממשרד מדעי החיים של אימפריאל

הצוות הקיסרי הגיש בהצלחה פטנטים כדי לפתח את היצירה ומקווה להתחיל לבדוק את היישומים התרגומיים של הטכנולוגיה.

פרופסור חוסה פנאדס, מהמחלקה למחלות זיהומיות של אימפריאל, אמר: "עבודתנו המוקדמת זיהתה לראשונה את היסודות הגנטיים המוזרים הללו, שם מצאנו שהם למעשה טפיל של טפיל. אנו יודעים כעת כי האלמנטים הגנטיים הניידים הללו יוצרים קפסידים שיכולים להפיץ את הגנון של התפתחות של יותר, אך הוא גם גנון של גנישיות של גנישיות, גם הוא גנון של גנון, גם הוא גנון של אמצעיות, גם הוא אמצעי גם הוא. ניתן להפיץ עמידות לאנטיביוטיקה באמצעות תהליך הנקרא הולכה. "

ד"ר דיאס דה קוסטה, הוסיף: "עבודה ניסיונית זו שופכת אור יותר על שיטה מכריעה להעברת גנים בחיידקים. אם נוכל לרתום ולהנדס CF-PICIS זה יכול לספק לנו כלי חדש יקר במאבק נגד עמידות אנטי-מיקרוביאלית."

כלי משותף AI משותף

בפרויקט מקושר, מתואם באמצעות יוזמת פלמינג – שותפות בין אימפריאל קולג 'בלונדון לבין אימפריאל קולג' בריאות NHS Trust – החוקרים השתמשו בעבודתם הניסיונית כדי לאמת פלטפורמת AI פורצת דרך שפותחה על ידי גוגל.

הפלטפורמה, שכונתה את 'מדען המשותף', נועדה לעזור למדענים לפתח ניסויים חכמים יותר ולהאיץ את הגילוי.

כדי לבדוק את הפלטפורמה, הצוות הקיסרי הציב את אותן שאלות מדעיות בסיסיות שהניעו את העבודה שלהם: כיצד מתפשטים CF-PICIS על פני כל כך הרבה מינים חיידקיים?

חמושים בנקודת התחלה זו, וניצולים על חיפושים באינטרנט, מאמרי מחקר ומאגרי מידע, ה- AI שיצרו באופן עצמאי השערות ששיקפו את הרעיונות המוכחים של הצוות עצמו – הצביעו למעשה על אותם ניסויים שלקחו שנים של עבודה כדי ליצור, אך לעשות זאת בעניין של ימים.

החוקרים אומרים שזה מראה את הפוטנציאל יוצא הדופן של מערכות AI ל"מדע סופר מטען ", לא על ידי החלפת תובנה אנושית, אלא על ידי האצתו. כעת הם עובדים עם גוגל כדי לפתח את הפלטפורמה ולחקור כיצד היא יכולה לשנות את קצב המחקר הביו -רפואי.