何十年もの間、科学者は、ファージと呼ばれる特定のウイルスが病原性細菌に感染して武装解除する方法に困惑しており、細菌感染に対する潜在的な自然な防御を提供しています。現在、カリフォルニア大学バークレー校の研究者は、この謎を解決し、ファージがこれらの病気の原因となる細菌の防御を中和する詳細な分子メカニズムを明らかにしています。 Nature Structural＆Molecular Biology誌に掲載された彼らの発見は、ファージ生物学の基本的な側面に光を当て、ファージベースの治療法を探索して細菌感染症と戦うための新しい道を開きました。 「これは、ファージがバクテリアとどのように相互作用するかについての理解における大きなブレークスルーです」と、研究チームを率いているカリフォルニア州バークレーのノーベル賞受賞者および生化学者であるジェニファー・ドゥドナは言いました。 「私たちは最終的に、ファージが病原菌の保護メカニズムをバイパスし、それらを効果的に破壊する方法の秘密を解き放ちました。」 このメカニズムの中心には、分子の「ロックとキー」システムがあります。病原性細菌は、侵入ウイルスに対する免疫防御として機能するCRISPR-CASシステムと呼ばれるユニークなタンパク質構造を持っています。これらのシステムは、ウイルスの遺伝物質を特定して標的にし、その複製を防ぎ、バクテリアを感染から保護します。 しかし、ファージは巧妙な対策を進化させました。それらは、抗クリシュプルとして知られる特殊なタンパク質を産生し、バクテリアのCRISPR-CAS機構に特異的に結合してブロックします。この防御システムを中和することにより、ファージは優位を獲得し、バクテリア内に感染して複製する可能性があります。 生化学的、構造的、および遺伝的技術の組み合わせを使用して、研究者は抗CRISPRタンパク質とCRISPR-CAS成分の間の正確な相互作用を特定しました。彼らは、これらの抗CRISPRタンパク質がCRISPR-CASシステムの標的となるDNA配列をどのように模倣し、防御メカニズムを注意散漫にして無効にするデコイとして機能する方法を示しました。 「ファージがバクテリアのセキュリティシステムのロックを解除するためにマスターキーを使用しているかのようです」と、Doudnaの研究室のポスドク研究者であるBenjamin Rauchは説明しました。 「CRISPR-CASシステムのDNA標的を模倣することにより、反クリシュプルタンパク質は細菌を欺き、ファージが制御する機会の窓を作ります。」 この分子メカニズムを理解することは、ファージ療法として知られるファージベースの療法の開発にも重要な意味を持っています。ファージは抗生物質の潜在的な代替品として注目を集めており、有益な腸内細菌を無傷のままにしながら、特定の病原性細菌を標的にして破壊する方法を提供しています。 治療的なペイロードを運ぶために、または細菌の防御を克服する能力を高めるためにファージを工学することにより、この研究から得られた知識は、より効果的なファージ療法の開発に貢献する可能性があります。ファージは、従来の抗生物質に耐性になった細菌感染症の治療に特に有望であり、薬物耐性病原体との闘いに新たな希望を提供します。 今後、研究者はこれらの発見のより広い意味を調査し、さまざまなバイオテクノロジーおよび治療環境における抗CRISPRタンパク質の潜在的な応用を調査することを計画しています。ファージ菌と相互作用の秘密を解き放つことにより、彼らはこれらの自然な生物学的薬剤の力を活用して、最も差し迫った世界的な健康上の課題のいくつかと戦うことを望んでいます。