КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 21-44-07002

НазваниеАрхитектура и механизмы клеточного узнавания бактериофагов - рациональные подходы к созданию систем управления хозяйской специфичностью

РуководительСоколова Ольга Сергеевна, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова», г Москва

Годы выполнения при поддержке РНФ 2021 - 2023 

КонкурсКонкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (совместно с Министерством сельского, лесного и рыбного хозяйства Японии - MAFF/AFFRCS)

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-202 - Протеомика; структура и функции белков

Ключевые словакрио-электронная микроскопия, анализ изображений, атомная структура, сельское хозяйство, аквакультура, бактериофаги, хозяйская специфичность, фаготерапия

Код ГРНТИ34.15.31


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
В условиях интенсивного ведения животноводства и рыбоводства высокая концентрации животных на ограниченных территориях приводит к взрывному росту бактериальных инфекций, приносящих значительные экономические потери. При этом многолетнее бесконтрольное применение антибиотиков в практике сельского хозяйства привело к появлению полирезистентных штаммов зоопатогенных бактерий, устойчивых к целым группам антибиотиков. Для решения задачи предотвращения вспышек бактериальных заболеваний в сельском хозяйстве необходима разработка альтернативных и/или дополняющих технологий. Одной из перспективных в данном направлении технологий является биологический контроль популяций патогенов препаратами на основе бактериофагов - вирусов патогенных бактерий. Эти препараты недороги в производстве и не накапливаются в конечной продукции, однако способны при этом эффективно контролировать популяции патогенных организмов. Для целей фагопрофилактики и фаготерапии вирусы могут быть отобраны из объектов окружающей среды, либо получены направленным изменением фагов-платформ, активных против интересующих групп микроорганизмов, методами генной инженерии и синтетической биологии. Второй вариант является наиболее перспективным, т.к позволяет проводить тонкую настройку бактериофагов под конкретные задачи и целевые организмы. Однако для этой цели такие фаги-платформы должны быть максимально полно (в том числе структурно) охарактеризованы. В рамках настоящего проекта планируется объединить опыт и комплементарные компетенции ряда научных групп - МГУ им. М.В. Ломоносова, ФИЦ Биотехнологии РАН и OIST (Япония) с целью создания научного задела для рационального дизайна бактериофагов, предназначенных для разработки препаратов для профилактики и терапии бактериальных инфекций сельскохозяйственных животных и рыб. В частности, планируется провести поиск и комплексную (прежде всего структурную) характеристику ряда потенциальных фагов-платформ, обеспечивающих возможность дальнейшей таргетной разработки на их основе антибактериальных препаратов для целей сельского хозяйства (животноводства и рыбоводства). В рамках проекта планируется структурная характеристика двух бактериофагов кишечной палочки, имеющих уникальную структурную организацию: миовируса Rb43 (Т-четный фаг) и сифовируса Dt57C (Т-нечетный фаг), выделенного в отдельное семейство благодаря уникальной организации его адгезинов, придающих фагу лучшую адаптацию к преодолению вязкости окружающей среды, а также ряда новых фагов, аэромонад, паразитирующих на аквакультуре. Структурные исследования будут проведены при помощи метода криоэлектронной микроскопии - единственного на сегодняшний день структурного метода, позволяющего непосредственно изучать молекулярную архитектуру вирионов высокого разрешения. Результаты проекта не только расширят мировые знания о взаимодействии бактериофагов и их хозяев, а также о молекулярных механизмах инфицирования последних, но и потенциально будут востребованы в области разработки компонентов фаговой терапии. Научная новизна исследования определяется прежде всего новизной самих объектов исследования (бактериофагов и их адсорбционных аппаратов), что определяет соответствие планируемых к получению данных мировому уровню.

Ожидаемые результаты
В рамках проекта планируется провести комплексное - биохимическое, молекулярно-биологическое и, прежде всего, структурное исследование ряда практически важных для фаговой терапии бактериофагов и связанных с ними молекулярных структур, что позволит с высокой точностью описать механизмы непосредственного взаимодействия вирусной частицы фага с поверхностными структурами бактериальной клетки - первичными и вторичными рецепторами. Для проведения исследований отобраны два бактериофага E.coli, являющиеся представителями Т-четных и Т-нечетных семейств и представляющие тем самым удобную модель для рациональной разработки на их основе фаговых-платформ с модифицируемой специфичностью. Также в рамках исследования будут отобраны и комплексно охарактеризованы не менее двух фагов аэромонад - известного патогена представителей аквакультуры. Этот зоопатоген отличается рядом важных факторов патогенности, из которых главным является наличие паракристаллического А-слоя на поверхности бактерии, определяющего патогенные свойства бактерии. Структурная информация о молекулярной организации аппарата адсорбции отобранных бактериофагов аэромонад к внешней плазматической мембране бактерии в настоящее время отсутствует и ее получение откроет большие перспективы для рационального применения бактериофагов для сдерживания инфекций, вызванных аэромонадами в условиях аквакультуры. Основными ожидаемыми результатами проекта являются: - Развёрнутая физиолого-биохимическая характеристика двух колифагов Rb43 и Dt57C и не менее двух новых фагов аэромонад. - Пространственные структуры вирионов бактериофагов Rb43, Dt57C и отобранных фагов аэромонад (полученные методом криоЭМ) с акцентом на тонкую структуру их адсорбционных аппаратов, определяющих в числе прочего фаговую специфичность. - Структуры адгезинов изучаемых колифагов высокого разрешения, полученные методом рентгеноструктурного анализа. Практическая значимость планируемых научных результатов очевидна, прежде всего с точки зрения полученных в ходе выполнения проекта структурных данных, имеющих прямое значение для разработки рациональных подходов к фаготерапии и фагопрофилактике. Кроме этого, такие данные значительно расширят существующие фундаментальные знания о биологических структурах, участвующих в процессах узнавания вирусами прокариот клеток хозяев (прежде всего патогенных). Научная новизна исследования определяется как новизной ряда объектов исследования (фагов аэромонад), так и новизной планируемых к получению структурных данных высокого разрешения о уже известных объектах (колифагах и их структурных компонентов). Актуальность, новизна и научная значимость целей и задач исследования определяют мировой уровень планируемых к получению результатов.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
При поддержке РНФ в сотрудничестве с японскими коллегами исследовались бактериофаги DT57С и RB43. Для дальнейших структурных исследований нами получены препараты фага DT57C c интактными латеральными фибриллами и фага RB43. Определена кинетика адсорбции фагов DT57С и RB43. Фрагмент генома фага RB43, кодирующий предполагаемый адгезин длинных хвостовых фибрилл, был клонирован в экспрессионный вектор pRSF Duet и ко-экспрессирован с общим шапероном фибрилл Т-четных фагов gp57A. Коэкспрессия с gp57 позволила перевести компоненты комплекса во фракцию растворимых белков, начата работа по оптимизации экспрессии. Получены высококачественные микрофотографии исследуемых фагов с помощью негативного контрастирования. Подтверждены характеристики препаратов, необходимые для криоэлектронного исследования и подобраны параметры витрификации изучаемых колифагов и получены их витрифицированные образцы. Японским партнером проведены первые реконструкции капсида и хвоста фага DT57С. Получены субнанометровые разрешения: 4.3 и 8.5 ангстрем для реконструкций капсида и хвоста, соответственно. Проведены дополнительные исследования распознавания клеточной поверхности RB49-подобными фагами и разработан метод исследования нуклеиновых кислот в капсиде фагов с помощью аналитической электронной микроскопии. В результате создан значительный научный задел для будущих исследований по тематике настоящего проекта. Полученные нами результаты были опубликованы в рецензируемых журналах, доложены на международных конференциях.

 

Публикации

1. A. Голомидова, А. Кащенко, Е. Куликов, С. Токарева, Л. Юхименко, О.С. Соколова, А. Летаров Novel giant Citrobacter braakii bacteriophages Molecular Biology of the Cell, Vol. 32, No. 22, P. 381 (год публикации - 2021).

2. Татьяна Трифонова, Андрей Моисеенко, Ольга Шабурова, Мария Буркальцева, Виктор Крылов, Ольга Соколова Analysis of Phosphorus Distribution in Giant Bacteriophage Capsid by Electron Energy Loss Spectroscopy International Journal of Biomedicine, т. 11(Suppl 1), с. S33 (год публикации - 2021).

3. Трифонова Т.С., Моисеенко А.В., Буркальцева М.В., Шабурова О.В., Шайтан А.К., Крылов В.Н., Соколова О.С. Картирование ДНК в капсиде гигантского бактериофага phiEL (Сaudovirales: Myoviridae: Elvirus) с помощью аналитической электронной микроскопии Вопросы вирусологии, Т. 66, № 6 (год публикации - 2021).