Denna riktade kontroll av fager ger helt nya bioteknologiska och terapeutiska tillvägagångssätt, t.ex. för fagterapier. Resultaten som producerats i samband med ett ERC-anslag har publicerats i Journal of the American Chemical Society .

Människokroppen och dess mikrobiota hyser en stor mängd fager. Dessa infekterar bakterier som viruspartiklar för att säkerställa sin egen överlevnad. En av deras strategier är att integreras i bakteriegenomet och föröka sig via bakteriell celldelning. Dock, externa signalmolekyler kan utlösa fagernas plötsliga uppvaknande från sitt vilande stadium. När den väl har aktiverats, de förstör sin värd, bakterien, och därmed släpper ut sina nyproducerade viruspartiklar. Med ett prestigefyllt ERC Consolidator Grant från European Research Council, Thomas Böttcher undersöker övergången från den sovande (lysogena) till den aktiverade (lytiska) livsstilen hos fager.

Krig mellan mikrober

"Vi vet redan att fager på ett avgörande sätt påverkar bakteriers populationsdynamik och att mikroorganismer konkurrerar genom att använda kemiska vapen, säger Thomas Böttcher, Professor i mikrobiell biokemi vid Kemiska fakulteten och Centrum för mikrobiologi och miljösystemvetenskap. "Vi ville nu undersöka om i de komplexa mikrobiella ekosystemen, Det finns också mikrober som specifikt aktiverar fager för att kunna använda dem mot sina konkurrenter."

Verkligen, forskarna kunde visa att bakterien Pseudomonas aeruginosa producerar stora mängder av en signalmolekyl som utlöser omvandlingen av en fag, bor i en stam av arten Staphylococcus aureus , från en tyst följeslagare till en dödlig parasit.

Mycket selektiv fagaktivering

"Vi blev helt förvånade när vi upptäckte att den kemiska föreningen pyocyanin, som vi kunde isolera och syntetisera, endast specifikt aktiverat en av flera fager av Staphylococcus aureus . Pyocyanin är därför ett mycket selektivt medel, " säger medförfattaren Magdalena Jancheva.

Läkemedlet mitomycin C inducerar DNA-skada i bakterieceller och får fager att lämna sin döende värd, men enligt Thomas Böttcher, "det aktiverar alla fager i bakterierna på ett icke-selektivt sätt." Forskarna observerade också att pyocyanin frisätter ännu fler fager i Staphylococcus aureus än mitomycin C, pyocyanin hade därför en "anmärkningsvärt stark effekt".

Discovery ger nya perspektiv

Bakteriearten Pseudomonas aeruginosa och Staphylococcus aureus upptar samma ekologiska nisch i människokroppen. Som patogener, de förekommer ofta i lungorna hos patienter med cystisk fibros, en medfödd metabol sjukdom. Stafylokock bakterier dominerar i unga år, medan Pseudomonas bakterier blir vanligare med stigande ålder.

Den aktuella studien visar effektiviteten av aktivering av latenta fager av kemiska signalmedel i kampen om utrymme och resurser mellan bakteriestammar. Det ger det första beviset på att kemiska signaleringsmedel kan uppvisa selektivitet för specifika fager i en polylysogen bakteriestam. Här, den aktiverade fagen (phiMBL3) avslöjade en tidigare okänd molekylär switch genom vilken signalmedlet verkar.

"Vissa signalmolekyler skulle kunna göra det möjligt att bekämpa patogener via fagaktivering - de kan således användas för att initiera intern fagterapi, " konstaterar Thomas Böttcher. Samtidigt, fagernas molekylära växlar, som selektivt utlöser produktionen av viruspartiklar genom en signalmolekyl som pyocyanin, skulle också kunna fungera som ett nytt verktyg för bioteknik eller syntetisk biologi. "Våra resultat öppnar upp ett brett fält där vi vill gå framåt, " avslutar forskarna.