Впервые удалось разглядеть структуру той части фага, которая крепится к клетке микобактерии.

Теперь у нас есть схема, по которой можно проектировать фаги так, чтобы они прикреплялись к разным типам клеток, — говорит Грэм Хэтфулл, профессор биотехнологий.

Это важно, потому что после прикрепления фаг пробивает мембрану бактерии и впрыскивает внутрь свою ДНК, превращая ее в фабрику по производству новых вирусов.

С ростом устойчивости бактерий к антибиотикам фаговая терапия иногда становится единственным спасением.

Но фаги — привередливые убийцы: каждый тип вируса атакует только определенный штамм бактерий. Если научиться настраивать фаги под конкретные цели, это изменит медицину.

Исследование опубликовано в журнале Cell.

Фагов на планете невероятно много — примерно по триллиону на каждую песчинку. Они эволюционируют миллиарды лет, но устроены в основном одинаково:

• капсид — «голова» с ДНК,
• хвостовая трубка,
• кончик хвоста, который и цепляется за бактерию.

Капсид изучали давно — он большой и симметричный, что упрощает съемку под микроскопом. А вот хвост мельче и сложнее.

Приходится вручную искать сотни частиц, собирать данные — это кропотливая работа, — объясняет Криста Фриман, соавтор исследования.

Фаги похожи не на шарики, а на спутанные провода или цветы из пружинок. Чтобы их снять, сделали десятки тысяч снимков под разными углами, а затем собрали в единую 3D-модель.

Особенно интересен кончик хвоста — именно он распознает бактерию. Раньше его видели только как размытое пятно, а теперь разглядели каждую молекулу.

Это 10 разных белков, собранных в сложную конструкцию, — говорит Фриман. — Они взаимодействуют так, чтобы найти нужную бактерию, прицепиться к ней и заразить.

Другая группа ученых использовала томографию, чтобы показать, как фаг прикрепляется к клетке. На некоторых снимках видно, как ДНК выходит из капсида и проникает в бактерию.

Мы только начинаем понимать, как это работает, — говорит Хэтфулл. — Но теперь у нас есть инструменты, чтобы создавать фаги под конкретные бактерии. Раньше это было невозможно.

Это прорыв в двух направлениях:

1. Фаговая терапия — если научиться «перепрограммировать» фаги, можно будет лечить инфекции, против которых бессильны антибиотики. Например, туберкулез или внутрибольничные штаммы.
2. Биоинженерия — понимание структуры фагов поможет создавать новые биоматериалы и наносистемы. Их хвосты — природные наноиглы, которые можно адаптировать для доставки лекарств.

Также это шаг к разгадке эволюции вирусов: почему одни фаги атакуют только определенные бактерии, а другие — нет.

Ранее ученые рассказали, как находят, собирают и используют фаги.