Исследователи из Сколтеха (входит в группу ВЭБ.РФ) раскрыли молекулярные механизмы, которые делают один из самых живучих лабораторных загрязнителей — бактериофаг T1 — необычайно устойчивым и опасным для бактериальных культур. Результаты работы объясняют природу загрязнений в микробиологических лабораториях и на биотехнологических производствах, а также предлагают способ защиты — использование устойчивого штамма бактерий, который можно внедрить в лабораторную практику уже сейчас. Работа опубликована в международном журнале International Journal of Molecular Sciences и поддержана грантами РНФ.
Бактериофаги — вирусы, убивающие бактерии, — незаменимы в биотехнологии и медицине, но в лабораториях они часто создают немало проблем. Например, фаги семейства T1 годами выживают на оборудовании, проходят через фильтры и способны за одну ночь уничтожить всю бактериальную культуру, сорвав эксперимент или производство. Их сложно вывести даже с помощью жёсткой стерилизации. Долгое время оставалось неясным, какие именно гены и белки обеспечивают такую живучесть.
Научная группа под руководством Артёма Исаева, руководителя Лаборатории анализа метагеномов Центра био- и медицинских технологий Сколтеха, лауреата премии Президента РФ в области науки и инноваций для молодых учёных за 2025 год, выделила из воды реки в Калининграде новый фаг, названный KanT1 в честь Иммануила Канта. Выяснилось, что он заражает широкий круг штаммов кишечной палочки, включая те, что используются в лабораториях, и устойчив ко многим методам дезинфекции.
«Мы обнаружили, что KanT1 постоянно контаминировал наши образцы, и это стало отправной точкой для системного изучения его генома. Чтобы лучше понять, как бороться с этим “врагом”, мы решили попробовать установить, что делает этот вирус таким живучим, — рассказал Артём Исаев. — Оказалось, что стандартные методы аннотации, сравнивающие гены по последовательности, не выявляли многие важные белки этих фагов — нам удалось их обнаружить и предсказать их функции с помощью анализа белковых структур».
Важной составляющей новизны работы стало применение метода структурного прогнозирования белков. Используя AlphaFold3, — систему предсказания структуры белков на основе ИИ, — учёные смогли описать функции белков, которые раньше считались гипотетическими и составляют почти половину генома. Авторы обнаружили белок с особой структурой — так называемым SH3-доменом. Раньше такие структуры находили только у вирусов, которые заражают бактерии с толстой и прочной клеточной оболочкой — такие бактерии называют грамположительными. У вирусов кишечной палочки, у которой оболочка тонкая, такой белок встречается впервые. Он расположен рядом с группой генов, отвечающих за разрушение бактериальной клетки изнутри, чтобы выпустить новые вирусные частицы.
«Обнаружение SH3-домена у фага, поражающего грамотрицательную бактерию, стало для нас неожиданностью. Мы предположили, что SH3-белок помогает фагу эффективнее разрушать клетку изнутри, что может объяснять его агрессивность и способность быстро распространяться в культуре», — рассказала Арина Ерёмина, один из ведущих авторов работы, студент НИУ ВШЭ, выполняющий преддипломный проект в Лаборатории анализа метагеномов Центра био- и медицинских технологий Сколтеха.
Сравнительный анализ 522 геномов родственных фагов показал, что SH3-домен встречается более чем у трети из них, но присутствует далеко не у всех. Это указывает на его роль как дополнительного эволюционного инструмента, который фаги могут приобретать для повышения своей эффективности. Авторы также уточнили функцию другого ключевого механизма — исключения вторичной инфекции, который позволяет вирусу «захватывать» клетку и блокировать повторное заражение другими фагами.
«Наше исследование демонстрирует, что даже такой хорошо изученный объект, как фаг Т1, содержит значительный объем ещё не охарактеризованных генов. Применение методов предсказания белковых структур позволило проникнуть в эту “темную материю” вирусного генома и выявить функционально значимые компоненты. В долгосрочной перспективе понимание таких механизмов поможет в разработке новых антибактериальных препаратов на основе фагов», — поделилась Полина Ярема, один из ведущих авторов исследования, аспирант Сколтеха по программе «Науки о жизни».
Работа не только объясняет, почему T1-подобные фаги заражают лабораторные культуры, но и предлагает способ решения проблемы. Исследователи выяснили, что штамм кишечной палочки HS — бактерия, которая обычно живёт в кишечнике человека, — полностью невосприимчив к этим вирусам. Это означает, что в лабораториях, где фаги-загрязнители особенно досаждают, можно использовать этот штамм вместо штаммов чувсвтительных к фаговой контаминации.
