Лаборатория биологии и медицины

Направления исследований

Лаборатория вирусных систем создана в 2024 г. Основная тематика лаборатории – биология бактериофагов.

Вирусы бактерий – бактериофаги – это самая распространённая форма биологических объектов на Земле, оказывающая влияние практически на все микробные системы и на большинство процессов, протекающих с участием бактерий. В числе прочего бактериофаги участвуют в формировании патогенности многих болезнетворных бактерий, они являются природными регуляторами популяций патогенных бактерий как во внешней среде, так и в средах организма животных или человека. Еще в 1919 г. одним из первооткрывателей явления бактериофагии французским ученым Ф. д’Эрелем было предложено использовать литические (более правильный термин – вирулентные) бактериофаги в качестве агентов этиотропной антибактериальной терапии. Несмотря на определенные успехи фаговой терапии (ФТ), интерес к этой технологии на Западе существенно снизился с конца 1930-х годов и почти полностью угас в 1950-е в связи с триумфом антибиотиков.

В СССР и в России использование бактериофагов никогда не прекращалось, однако в сущности большинство доступных сегодня пациентам фаговых препаратов не отличаются идеологически от разработок д’Эреля. Начиная с конца 1990-х годов во всем мире происходит новый всплеск интереса к технологии ФТ, связанный с глобальным кризисом, вызванным распространением устойчивых к антибиотикам бактериальных патогенов. Однако, хотя ФТ, основанная на уже известных принципах и алгоритмах, позволяет в ряде случаев добиваться хороших клинических результатов, ее применение намного сложнее, чем использование антибиотиков и наиболее эффективно в формате индивидуализированной терапии, которая на данный момент не является массово доступной ни в одной стране мира.

Классическая ФТ позволяет использовать естественный приспособительный потенциал вирусов бактерий в качестве противовеса адаптационным возможностям микроорганизмов. Широко используя природное разнообразие бактериофагов, оказывается возможным оперативно подобрать или выделить из объектов окружающей среды фаги, активные против большинства клинических изолятов патогенных бактерий, включая мультирезистентные к антибактериальным химиопрепаратам штаммы. Однако быстрое, «с колес», практическое применение новых фаговых изолятов входит в противоречие с требованиями законодательства. Кроме того, различные виды и штаммы бактериофагов различаются не только по спектрам своей литической активности, но и по ряду прочих свойств, существенных с точки зрения ФТ: безопасности, технологичности, стабильности, параметрам фармакокинетики, частоте возникновения устойчивости и свойствам отбираемых устойчивых вариантов и другим. В этой связи ставится задача разработки методов искусственной модификации ограниченного числа хорошо подобранных и глубоко охарактеризованных фагов-платформ для придания им активности против актуальных штаммов возбудителя, а также для улучшения их прочих практически значимых свойств.

Наша лаборатория ведет исследования природного разнообразия бактериофагов микроорганизмов, имеющих медицинское значение, разработку методов искусственной модификации бактериофагов как с применением подходов синтетической биологии, так и с использованием методов эволюции в экспериментальных микрокосмах.
Мы также исследуем различные механизмы взаимодействий фаг-хозяин, что необходимо для более точного понимания направления поиска или модификации бактериофагов для практического использования.
Проводимые исследования имеют также и фундаментальное значение, способствуя лучшему пониманию экологии и эволюции бактериофагов и их хозяев в свободноживущих, симбиотических и техногенных экосистемах.

Методы, используемые в лаборатории

Микробиологические и вирусологические методы выделения, очистки и культивирования бактериофагов
Получение высокоочищенных фаговых образцов, пригодных для протеомных и структурно-биологических исследований
Модификация геномов бактериофагов методами генной инженерии
Искусственная сборка и ре-витализация фаговых геномов
Методы геномики и биоинформатики

Избранные публикации сотрудников

Letarov AV. (2023) Bacterial virus forcing of bacterial O-antigen shields: Lessons from coliphages. Int J Mol Sci, 24(24):17390. doi: 10.3390/ijms242417390

Ayala R, Moiseenko AV, Chen T-H, Kulikov EE, Golomidova AK, Orekhov PS, Street MA, Sokolova OS, Letarov AV, Wolf M. (2023) Nearly complete structure of bacteriophage DT57C reveals architecture of head-to-tail interface and lateral tail fibers. Nat Comm, 14(1):8205. doi: 10.1038/s41467-023-43824-9

Besarab NV, Letarova MA, Babenko VV, Belalov IS, Golomidova AK, Kulikov EE, Lagonenko AL, Evtushenkov AN, Letarov AV. (2023) The metastable associations of bacteriophages and Erwinia amylovora. Arch Microbiol, 205(5):214. doi: 10.1007/s00203-023-03550-8

Letarov AV, Letarova MA. (2023) The burden of survivors: How can phage infection impact non-infected bacteria? Int J Mol Sci. 24(3):2733 doi:10.3390/ijms24032733

Timoshina OY, Kasimova AA, Shneider MM, Matyuta IO, Nikolaeva AY, Evseev PV, Arbatsky NP, Shashkov AS, Chizhov AO, Shelenkov AA, Mikhaylova YV, Slukin PV, Volozhantsev NV, Boyko KM, Knirel YA, Miroshnikov KA, Popova AV. (2023). Friunavirus phage-encoded depolymerases specific to different capsular types of Acinetobacter baumannii. Int J Mol Sci 24 (10), 9100

Timoshina OY, Kasimova AA, Shneider MM, Arbatsky NP, Shashkov AS, Shelenkov AA, Mikhailova YV, Popova AV, Hall RM, Knirel YA, Kenyon JJ. (2023). L oss of a branch sugar in the Acinetobacter baumannii K3-type capsular polysaccharide due to frameshifts in the gtr6 glycosyltransferase gene leads to susceptibility to phage APK37.1. Microbiol Spectr 11 (1), e0363122

Иванов П.А., Ляшко А.В., Ионов С.А., Щербинин Д.В., Руднева И.А., Шилов А.А., Бунькова Н.И., Шмаров М.М., Тимофеева Т.А. (2023) Метод латексной агглютинации как альтернатива реакции гемагглютинации вирусов гриппа. Молекулярная биология. 57(5), 898-906.

Letarov AV, Letarova MA, Ivanov PA, Belalov IS Clokie MRJ, Galyov EE. (2022) Genetic analysis of the cold-sensitive growth phenotype of Burkholderia pseudomallei/thailandensis bacteriophage AMP1. Scientific Reports 11;12(1):4288. doi: 10.1038/s41598-022-07763-7

Efimov AD, Golomidova AK, Kulikov EE, Belalov IS, Ivanov PA, Letarov AV. (2022) RB49-like bacteriophages recognize O antigens as one of the alternative primary receptors. Int J Mol Sci. 23(19):11329. doi: 10.3390/ijms231911329

Летаров А.В., Летарова М.А., Лазар Адлер Н., Куликов Е.Е., Клоки М., Морозов А.Ю., Галев Э.Е. (2022) Влияние химических факторов на естественный биоконтроль популяций возбудителя мелиоидоза AMP1-подобными бактериофагами в агроэкосистемах. Микробиология 91(2), 226-233.

Kulikov EE, Golomidova AK, Efimov AD, Belalov IS, Letarova MA, Zdorovenko EL, Knirel YA, Dmitrenok AS, Letarov AV. (2021) Equine intestinal O-seroconverting temperate coliphage Hf4s: genomic and biological characterization. Appl Environ Microbiol, 87(21):e0112421, doi: 10.1128/AEM.01124-21

Golomidova AK, Efimov AD, Kulikov EE, Kuznetsov AS, Belalov IS., Letarov AV. (2021) O antigen restricts lysogenization of non-O157 Escherichia coli strains by Stx-converting bacteriophage phi24B Scientific Reports, 11(1):3035. doi: 10.1038/s41598-021-82422-x

Timoshina OY, Shneider MM, Evseev PV, Shchurova AS, Shelenkov AA, Mikhaylova YV, Sokolova OS, Kasimova AA, Arbatsky NP, Dmitrenok AS, Knirel YA, Miroshnikov KA, Popova AV. (2021). Novel Acinetobacter baumannii bacteriophage Aristophanes encoding structural polysaccharide deacetylase. Viruses 13 (9), 1688

Kulikov EE, Golomidova AK, Prokhorov NS, Ivanov PA, Letarov AV. (2019). High-throughput LPS profiling as a tool for revealing of bacteriophage infection strategies. Scientific Reports, 9(1), 2958.

Golomidova AK, Kulikov EE, Babenko VV, Ivanov PA, Prokhorov NS, Letarov AV. (2019). Escherichia coli bacteriophage Gostya9, representing a new species within the genus T5virus. Archives of Virology, 164(3), 879–884.