Если мы предположим, что все эти вещи могут быть реализованы на практике по крайней мере в какой-то момент в будущем, вот проблемы, которые я вижу с предложениями, и почему они могут не работать (другие могут обнаружить дополнительные).

1 Транслокация диверсионного «агента» через аппарат сопряжения.

В основном это уже существует, поищите различные системы секреции бактерий. В частности, система секреции Типа 6 делает именно это (хотя и с несколько ограниченным целевым диапазоном).

Первый абзац на вики резюмирует:

Система секреции типа VI (T6SS) представляет собой молекулярную машину, используемую широким спектром видов грамотрицательных бактерий для транспорта белков из внутренней части (цитоплазмы или цитозоля) бактериальной клетки через клеточную оболочку в соседнюю клетку-мишень.

Причина, по которой это не сработает, заключается в том, что бактерии уже эволюционировали, чтобы иметь дело с такими механизмами, и тот, который мы разработали, вряд ли будет вести себя по-другому.

Вы можете поверить мне (поскольку моя докторская диссертация касается именно этого!), что изменить то, что транслоцируют системы секреции, хотя и возможно, но очень сложно.

2 Фальшивое спряжение

Антибиотики, как правило, представляют собой небольшие молекулы. Они связываются и стыкуются с ферментами или субстратами, чтобы обычно ингибировать какую-либо активность, например, синтез клеточной стенки в случае бета-лактамных антибиотиков, таких как пенициллин. Я не уверен, как вы себе представляете, что это действительно «проделает дыру в бактерии»?

С T6SS связаны пиоцины R-типа , которые представляют собой кооптированные бактериофаги, которые делают это . Это не требует конъюгации, и в настоящее время предложенный механизм заключается в том, что они либо доставляют в клетку полезную нагрузку токсинов или молекул, прокалывая внешнюю часть, либо просто создают пору в мембране, вызывая клеточную деполяризацию и гибель. Однако, как и в случае с фагами и антибиотиками, эти механизмы могут вызывать резистентность к ним.

В качестве дополнительного момента, если вы не можете каким-то образом гарантировать, что спряжения были саботированы или неэффективны каким-либо образом, искусственное продвижение спряжения почти наверняка будет способствовать распространению детерминант резистентности и вирулентности, фактически ухудшая ситуацию.

3 Плазмида-самоубийца

Нетривиально «предоставить значительные преимущества» ячейке. Большинство плазмид поддерживается за счет устранения существенного недостатка , который часто создается искусственно, например, ауксотрофии или отбора антибиотиков. Учитывая «выбор», бактерии, как правило, выбрасывают плазмиды, если они просто не могут позволить себе жить без них. Поддержание репликона является дорогостоящим процессом с точки зрения клеточного метаболизма и использования ресурсов.

«В дикой природе» вооруженная плазмида, скорее всего, не сохранится достаточно долго, чтобы ее можно было переместить в любую интересующую цель в достаточно значительной пропорции, чтобы иметь реальный эффект. Суть в том, что все упомянутые идеи не могут просто убить одну клетку-мишень, так как они не окажут заметного влияния на популяцию. Бактерии рекомбинируют или прямо удаляют плазмиду, если она каким-либо образом вредна или даже нейтральна для них, пока они не «исправят» проблему.

Модули зависимости и системы токсин-антитоксин часто встречаются в природных плазмидах, как и в других упомянутых идеях. Однако бактерии могут рекомбинировать «яд» и со временем потерять плазмиды. Если токсин закодирован на хромосоме, он немного более надежен.

4 Плохие плазмиды

См. модули наркомании и системы токсин-антитоксин выше.

Боюсь, вообще я думаю, что вы недооцениваете эволюцию!

Можно ли использовать плазмиды и механизмы конъюгации против устойчивых к антибиотикам бактерий?

Видимо да. По крайней мере, правдоподобно. Исследование очень новое и, хотя оно проводилось in vivo , все же в искусственных условиях. Надо будет посмотреть, что из этого выйдет.

Наиболее важные современные гены устойчивости к антибиотикам распространяются между такими видами на самотрансмиссивных (конъюгативных) плазмидах. Эти плазмиды традиционно группируются на основе несовместимости репликонов (Inc), что предотвращает сосуществование родственных плазмид в одной и той же клетке. Эти плазмиды также используют системы постсегрегационного уничтожения («аддикции»), которые отравляют любые бактериальные клетки, потерявшие аддиктивную плазмиду, чтобы гарантировать их собственное выживание.Это исследование демонстрирует, что несовместимость плазмид и системы зависимости могут быть использованы для достижения безопасного и полного искоренения устойчивости бактерий к антибиотикам in vitro и в кишечнике мыши. Конъюгативные «интерференционные плазмиды» были сконструированы путем специфической делеции генов устойчивости к токсинам и антибиотикам из плазмид-мишеней. Эти интерференционные плазмиды эффективно вылечили соответствующую резистентную к антибиотикам плазмиду-мишень из различных Enterobacteriaceae in vitro и восстановили чувствительность к антибиотикам in vivo во всех бактериальных популяциях, в которые распространилась резистентность, опосредованная плазмидами.Этот подход может позволить эрадикацию возникающих или установившихся популяций резистентных плазмид у лиц с риском тяжелого сепсиса, что позволит использовать менее токсичные и/или более эффективные антибиотики, чем это было бы возможно в противном случае, если сепсис разовьется. Обобщаемость этого подхода и его потенциальное применение в биоремедиации микробиомов животных и окружающей среды теперь должны систематически изучаться.

Идея состоит в том, что природная вызывающая привыкание плазмида, обеспечивающая устойчивость к антибиотикам, вытесняется из бактериального сообщества несовместимой плазмидой, экспрессирующей соответствующий антитоксин для системы зависимости и устойчивости к тетрациклину.

Репликон (закрашенный кружок), гены антитоксина и токсина (стрелка, стрелка) и гены устойчивости к антибиотикам (CTXR, оранжевый и TETR, черные сплошные блоки). Интерференционная плазмида, не исключенная системой исключения входа (EES), является несовместимой (INC) с резидентной плазмидой CTXR и отбирается с помощью TET.

В верхнем пути конъюгации не произошло, и бактерия сохраняет исходную плазмиду. Тетрациклин убивает эту популяцию. На нижнем пути произошла конъюгация, и из-за несовместимости между природной плазмидой и интерферирующей плазмидой бинарное деление приводит к их асимметричному расхождению. Опять же, естественная система зависимости обойдена, потому что мешающая плазмида экспрессирует антитоксин. Популяция, содержащая исходную плазмиду, уничтожается тетрациклином, но популяция, содержащая интерферирующую плазмиду, становится устойчивой. Однако, поскольку эта плазмида не имеет полной системы зависимости, она со временем теряется в отсутствие отбора. Таким образом, полученная бактериальная популяция чувствительна к антибиотикам.

Вы можете спросить, почему бы просто не использовать тетрациклин для уничтожения всех клеток. Не в этом дело! Это доказательство концепции.

Очистительная селекция с использованием антибиотиков не идеальна как из-за воздействия препарата на другие клетки, так и из-за того, что в будущем будет все труднее идентифицировать эффективные антибиотики для этой цели. Бактерии TETR не редкость в кишечнике человека, но популяции TETR (или FOSR), возникающие в результате приобретения плазмиды, не только спонтанно теряют свои плазмиды TETR или FOSR, но и сразу же становятся уязвимыми для других широко используемых антибиотиков (например, GEN, CTX) в процессе. . Плазмида-мишень, которая приобретает FOSR путем рекомбинации с интерференционной плазмидой, вероятно, приобретет непосредственно соседний антитоксин. Важной задачей будущего является разработка интерференционных плазмид с отбором без антибиотиков.но включение fosA3 также означает, что эрадикация плазмид совместима с существующим использованием фосфомицина в качестве «спасательной» терапии последнего средства.

Ваши идеи неплохи, но во всех случаях есть несколько причин, которые делают их практически непригодными для реального (медицинского) применения. Также ни один из ваших подходов не решает проблему резистентности: бактерии могут просто стать устойчивыми к этому новому типу лечения (бактерии, использующие несколько иные методы конъюгации, невосприимчивы и будут иметь эволюционное преимущество).

1) Это может сработать, но не сегодня. Вам нужны либо какие-то наноботы, либо очень продвинутая генная инженерия, чтобы осуществить это. В то время как технология создания таких продвинутых «машин-убийц» должна быть доступна в течение следующих нескольких столетий, этический вопрос «выпустить их» в человеческое тело или окружающую среду всегда будет оставаться очень сложным.

2) Я думаю, что это слишком сложно. Антибиотики представляют собой очень маленькие химические молекулы, тогда как механизм бактериальной конъюгации представляет собой очень большой биологический комплекс. Попытка заставить что-то связать механизм, а затем сделать его способным убивать бактерии, является излишним — вы могли бы просто создать антитела против бактерий в первую очередь (они также могут быть связаны с эффекторами). Кроме того, в настоящее время он решает проблему развивающейся резистентности.

3/4) Добавленный уровень сложности не помогает. Попытка обмануть бактерии с помощью плазмидов «троянского коня» не сработает. Во-первых, эволюция будет работать против всей плазмиды, и только потому, что у нее нет одного благоприятного гена, бактерии не могут просто избавиться от нее, если в противном случае она их убьет. Во-вторых, мутации могут воздействовать на гены плазмиды неприлично, так что бактерии могут просто отключить ту часть, которая должна их убить, и сохранить остальные.