Разработка средств фаготерапии является актуальным направлением, поскольку бактериофаги рассматриваются как альтернативное средство применения антибиотиков. В процессе исследования выяснилось, что основная масса бактериофагов погибает в желудке, не достигнув цели терапии. Поэтому возник вопрос: можно ли доставить бактериофаги к определенному участку кишечника?

Одним из способов такой доставки могут служить полиэлектролитные микрокапсулы- контейнеры микронного размера, состоящие из разно заряженных полиэлектролитов.

Коллектив авторов из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН и Всероссийской коллекции микроорганизмов Института биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН провели анализ влияния полиэлектролитов (из которых состоит разрабатываемый контейнер) на бактериофаги. Результаты работы представлены в журнале Polymers.

«Мы исследовали влияние биодеградабельных и небиодеградабельных полиэлектролитов в разных концентрациях на жизнеспособность бактериофагов. Из литературы известно, что некоторые полиэлектролиты разрушают бактериофаги электростатически. Наша работа показала, что влияет не только электростатика, но и гидрофобное взаимодействие», — прокомментировал работу кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник ИТЭБ РАН Сергей Тихоненко.

Ученые обнаружили, что электростатическое влияние не идет по стандартной модели и ингибирование полиэлектролитами бактериофагов происходит при других концентрациях полимеров. Поскольку при данных концентрациях полиэлектролитов электростатическая модель не работала, ученые предположили, что существует еще один механизм. Для изучения возможного гидрофобного механизма были использованы не только полиэлектролиты, но и не заряженный полимер — декстран в результате чего было обнаружено, что и гидрофобное взаимодействие с полимером влияет на жизнеспособность фага.

Сергей Тихоненко добавил: «Выявили, что эти два процесса дополняют друг друга — при низких концентрациях полимера начинаются незначительные гидрофобные взаимодействия, а при высоких наблюдается электростатика, а при еще больших количествах полимера уже идет сильное гидрофобное взаимодействие».

На фото авторы статьи Александр Ким, Сергей Тих...

На фото авторы статьи Александр Ким, Сергей Тихоненко, Егор Мусин, Алексей Дубровский, Екатерина Борисовна Кудряшова и Елена Викторовна Арискина. Фото пресс-службы ИТЭБ РАН

В работе дополнительно рассмотрены два одинаково заряженных полимера — полиалиламин и полиаргинин, но оказалось, что они по-разному ингибируют бактериофаг, что опять не укладывалось в модель поведения, представленную в литературе. Выяснилось, что они отличаются, структурно, и сама структура полиэлектролита изменяет влияние электростатики. Чем длиннее цепочка полиэлектролита, тем больше она влияет на жизнеспособность бактериофага, по сравнению с короткой цепочкой.

Таким образом, ученые впервые выявили, что при прогнозировании влияния полиэлектролита на бактериофаги необходимо учитывать электростатическое и гидрофобное взаимодействие, а также структурные особенности молекул.

Источник: Egor V. Musin, Aleksandr L. Kim, Alexey V. Dubrovskii, Ekaterina B. Kudryashova, Elena V. Ariskina and Sergey A. Tikhonenko. The Influence of Polyanions and Polycations on Bacteriophage Activity. Polymers 2021, 13(6), 914; https://doi.org/10.3390/polym13060914

Материал подготовила: Алсу Дюкина

Пресс-служба ИТЭБ РАН, iteb-press@yandex.ru