Fágová zásilková služba pro zobrazování a medicínu

Virové částice fágů, čili kapsidy, jsou skvělým vynálezem evoluce, který prověřily miliardy let nekonečných cyklů fágových infekcí v bakteriích. Nepřítel mého nepřítele je mým přítelem, takže fágy coby protivníci bakterií jsou našimi přirozenými spojenci. Co kdybychom využili nejen jejich úžasné schopnosti ničit, ale také elegantní konstrukce jejich kapsid?

Fág enterobakterií T4, jehož obětí není nikdo jiný, než oblíbená Escherichia coli, je úplně klasický fág, kterého všichni známe z horečnatých, biologicky inspirovaných snů. Je skoro k neuvěření, že tuhle miniaturní injekční stříkačku vytvaroval přírodní výběr a nikdo mu při tom nepomáhal. Fág T4 je s délkou kolem 200 nanometrů a šířkou cca 90 nanometrů poměrně velkým fágem a tak není divu, že právě on přilákal pozornost všetečných nanoinženýrů. Jeho dvacetistěnné proteinové hlavy podle všeho vyloženě lákají, aby z nich vědci vyráběli šikovné nanočástice, do nichž lze naložit proteiny anebo nukleové kyseliny a pak je s nákladem vyslat do konkrétní tkáně. Na obzoru je technologie fágové zásilkové služby, která by se mohla velmi dobře uplatnit třeba v zobrazování buněk, diagnostice i léčbě.

Nanočástice odvozené od hlavy kapsidy fágu T4 si pochvaluje i Jinny Liu z Centra biomolekulárních věd a inženýrství v US Naval Research Laboratory, Washington, D.C. Jejich týmu se povedlo fágové nanočástice in vivo naplnit enzymem Cre rekombinázou, používaným k manipulaci strukturou genomu a kontrole exprese genů, a také je naplnit in vitro, tentokrát zase plazmidem s genem pro fluorescentní protein mCherry, kterým se značí molekuly a buněčné komponenty.

Fágová zásilková služba dopravila obojí náklad do nádorových buněk. Když se obě zásilky uvnitř buněk uvolnily, tak Cre rekombináza vytvořila z lineární DNA plazmidu kruh a tím rozběhla expresi fluorescenčního proteinu mCherry. Liu a spol. se nechali slyšet, že jejich technologie nakládání nanočástic odvozených od kapsidy fágů T4 a jejich vyložení uvnitř buněk, při němž se mohou ovlivňovat řetězce DNA a proteiny, má zajímavý potenciál pro rozmanité aplikace v diagnostice, léčbě nádorových onemocnění i jinde.

Liu a její kolegové také studují možnosti využití fágových nanočástic při zobrazování struktur anebo procesů uvnitř živých buněk. Tyhle nanočástice se totiž dovedou dostat dovnitř eukaryotní buňky, aniž by ji poslaly na věčnost. Pokud jde o použití nanočástic fága T4 v medicíně, Liu nabízí řadu možností nasazení jejich systému přepravy DNA a proteinových zásilek třeba v boji proti AIDS.

Může například přepravovat enzym rekombinázu nebo ligázu a spolu s ním lineární plazmidovou DNA kódující obalový protein viru HIV gp120 anebo interferon, pro vyvolání imunitní odpovědi pacientů, respektive pro její zesílení. Nanočástice fágu T4 by také bylo možné naložit rekombinázou nebo ligázou společně s lineárním plazmidem pro receptorový protein CD40 a poslat je přímo do T lymfocytů, případně hematopoetických, čili krvetvorných buněk, aby tam blokovaly infekci virem HIV. Kdyby fágové nanočástice dopravily do buněk protilátky a důmyslně navržené plazmidy, mohli by lékaři s jejich pomocí zaútočit na virovou RNA a virové proteiny.

S nanočásticemi fágu T4 by jistě bylo možné i napravovat omyly Matky Přírody. Lze s nimi důvtipně řešit problémy vzniklé kvůli genetickým poruchám, jako je například velmi nešťastné rozbití enzymu adenosindeaminázy (ADA) mutací, které vede k dramatickému rozvrácení imunitního systému. Fágové nanočástice by mohly do buněk lidí s touto genetickou poruchou přepravovat komplexy DNA a proteinů, které by jim zajistily produkci adenosindeaminázy ve kmenových buňkách.

Liu a spol. teď intenzivně pracují na přizpůsobení systému přepravy fágovými nanočásticemi ke vkládání požadované sekvence do kmenových buněk s genetickou poruchou. Také se snaží vyvinout postup, při němž by bylo možné prostřednictvím nanočástic zásobovat buňky protilátkami nebo terapeutickými peptidy, v případě jejich ohrožení virovou infekcí nebo toxickým proteinem. Takový nástroj by určitě velice zajímal výzkumníky a vývojáře v oblasti obrany proti biologickým útokům a smrtícím infekcím.

Autor: RNDr. Stanislav Mihulka Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použité zdroje:

(orig.) PNAS 111: 13319–13324.

(doplň.) Phys.org 16. 9. 2014, Wikipedia (Enterobacteria phage T4).