Введение

Вирус, заражающий микобактерии Микобактериофаг - это член группы бактериофагов, у которых микобактерии являются бактериальными видами-хозяевами. Первоначально изолированные из бактериальных видов Mycobacterium smegmatis и Mycobacterium tuberculosis, возбудителя туберкулеза, более 4200 микобактериофагов были изолированы из различных источников окружающей среды и клинических исследований. 2042 были полностью секвенированы. Микобактериофаги служат примером вирусной лизогенезы и дивергентной морфологии и генетического расположения, характерных для многих типов фагов. Все обнаруженные до сих пор микобактериофаги имели двойные ДНК-геномы и были классифицированы по структуре и внешнему виду в сифовирусы или миовирусы.

Открытие

Бактериофаг, обнаруженный для заражения Mycobacterium smegmatis в 1947 году, был первым задокументированным примером микобактериофага. Он был обнаружен в культурах бактерий, которые изначально росли в влажном компосте. Первый бактериофаг, заражающий M. tuberculosis, был обнаружен в 1954 году.

Разнообразие

Тысячи микобактериофагов были выделены с использованием одного штамма хозяина, Mycobacterium smegmatis mc2155, более 1400 из которых были полностью секвенированы. Хотя они еще не секвенированы. Было выявлено около 30 различных типов (называемых кластерами или синглетонами, если у них нет родственников), которые имеют мало сходства в нуклеотидной последовательности. Многие кластеры обладают достаточным разнообразием, чтобы геномы могли быть разделены на подкластеры (рисунок 1). [[Файл:Разнообразие микобактериофагов. Пинг-эй-си-тхунг-эй-си-центр Пинг-эй-си-тхунг-эй-си-тхунг-центр Разнообразие микобактериофагов. Секвенированные геномы 471 микобактериофага сравнивались в соответствии с их общим содержанием генов и общей схожестью нуклеотидной последовательности. Цветные круги охватывают кластеры AT, как указано, а серые круги представляют собой геномы одиночных клеток, не имеющих близких родственников. A1, A2, A3 указывают подкластеры. Микрографии показывают морфотипы миовирусных фагов кластера С и сифовирусов (все остальные), которые в основном отличаются длиной хвоста (бары шкалы: 100 нм). За исключением DS6A (одиночного вида), все фаги заражают M. smegmatis mc2155. Фаги кластера K и подмножество фагов кластера A также заражают M. tuberculosis. Из Hatfull 2014

Таксономия

В соответствии с результатами кластеризации phageDB микобактериофаги разделены на много мест на дереве таксономии вирусов ICTV. Некоторые примеры: фаг L5 и его родственники классифицируются как Fromanvirus. См. Микобактериальный вирус L5. ZoeJ и TM4 классифицируются как Тимкватровирус (названный в честь TM4). Фаг "Корндог" классифицируется как вирус корндог.

Диапазон хостов

Анализ диапазона хозяев показывает, что не все микобактериофаги из M. smegmatis заражают другие штаммы и только фаги в кластере K и в некоторых подкластерах кластера A эффективно заражают M. tuberculosis (рисунок 1). Однако мутанты могут быть легко выделены из некоторых фагов, которые расширяют свой диапазон хозяев, чтобы заразить эти другие штаммы. В последующие годы были секвенированы сотни дополнительных геномов. В 2009 году была выделена выборка из 60 микобактериофагов, и их геномы были секвенированы. Эти последовательности генома были сгруппированы в кластеры несколькими методами в попытке определить сходство между фагами и исследовать их генетическое разнообразие. Более половины видов фагов были первоначально обнаружены в Питтсбурге или вблизи него, хотя другие были обнаружены в других местах Соединенных Штатов, Индии и Японии. В геномах микобактериофагов различного происхождения не было обнаружено никаких явных различий.

Приложения

Исторически микобактериофаги использовались для "типирования" (т.е. "диагностики") микобактерий, поскольку каждый фаг заражает только один или несколько штаммов бактерий. В 1980-х годах фаги были обнаружены как инструменты для генетической манипуляции их хозяевами. Например, фаг TM4 был использован для построения шаттльных фазмидов, которые реплицируются как большие космодиды в Escherichia coli и как фаги в микобактериях. Шаттловыми фазмидами можно манипулировать в E. coli и эффективно вводить чужую ДНК в микобактерии. Фаги с микобактериальными хозяевами могут быть особенно полезны для понимания и борьбы с микобактериальными инфекциями у людей. Разработана система, позволяющая использовать микобактериофаги, несущие репортерный ген, для скрининга штаммов M. tuberculosis на устойчивость к антибиотикам. В будущем микобактериофаги могут использоваться для лечения инфекций с помощью фаготерапии. В 2019 году сообщалось, что три микобактериофага вводились внутривенно два раза в день 15-летней девочке с муковисцидозом и диссеминированной M. abscessus subsp. массилиенцевой инфекции, возникшей после пересадки легкого. Пациент получил явную пользу от лечения, и лечение фагами в сочетании с антибиотиками продолжалось несколько лет. В 2022 году сообщалось, что два микобактериофага вводились внутривенно два раза в день молодому человеку с рефрактерной к лечению M. abscessus subsp. абсцесс инфекция легких и тяжелая муковисцидоза. После примерно 100 дней комбинированного лечения фагом и антибиотиками, культура дыхательных путей для M. abscessus стала отрицательной, и различные биомаркеры подтвердили терапевтический ответ. После 379 дней лечения пациенту была проведена двусторонняя пересадка легких, и культура из эксплантированной ткани легких подтвердила ликвидацию бактерий.