Bakterie mogą być otoczone polisacharydami. Są to np. polisacharydy otoczkowe, egzopolisacharydy, czy lipopolisacharyd. Dwa pierwsze wymienione polisacharydy mogą znacznie ograniczyć dostępność faga do powierzchni komórki bakteryjnej, na której może się adsorbować. Fagowe depolimerazy polisacharydów pomagają fagom przedostać się przez tę barierę i rozpocząć infekcję komórki bakteryjnej.

Opis fagowych depolimeraz polisacharydów

Polisacharydy wchodzące w skład budowy komórek bakteryjnych mogą odpowiadać za wytwarzanie biofilmu, wirulencję, czy interakcję z bakteriofagami. Większość fagów, która wchodzi w interakcję z polisacharydami w celu infekcji komórki bakteryjnej należy do rodziny Podoviridae [1] (według starego podziału taksonomicznego, który został w 2020 roku zmieniony przez ICTV i w którym nie wyróżnia się już tej rodziny tak samo jak Myoviridae i Siphoviridae [2]). Produkują one depolimerazy polisacharydów (DP).

Nazwa DP wynika z ich funkcji. Tną one powtarzające się jednostki polisacharydu. Ze względu na ich działanie możemy je podzielić na dwie grupy.

• Hydrolazy (polisacharydazy) – katalizują hydrolizę wiązań glikozydowych i obecnie możemy wyróżnić 6 grup: sialidazy, ramnozydazy, lewanazy, ksylanazy, dekstranazy i dekatalazy lipopolisacharydu (LPS)
• Liazy polisacharydów – tną wiązanie (1,4)-glikozydowe przez mechanizm Beta-eliminacji i obecnie wyróżniamy 5 grup: liazy hialuronowe, liazy pektynowe, liazy alginianowe, liazy K5 i O-specyficzne liazy polisacharydowe [3,4]

DP charakteryzują się wysoką różnorodnością specyficznością wobec substratu (danego polisacharydu). Są one zlokalizowane na płytce podstawowej faga, włóknie ogonka, kolcach ogonka, czy szyjce faga. DP mogą także dyfundować do podłoża, jeśli występują w postaci wolnej. Mogą być wytwarzane po indukcji wywołanej obecnością polisacharydu, albo konstytutywnie [3,4].

Jak sprawdzić czy fagi wytwarzają depolimerazy?

Jest bardzo szybki sposób na wykrycie, czy fagi wytwarzają DP. Bakteriofagi na podłożu z bakteriami, które infekuje można zaobserwować jako koliste przejaśnienia na murawie. Jeśli fagi wytwarzają DP, to wokół łysinek zaobserwujemy opalizujące halo (Ryc. 1.) Możemy to zaobserwować dzięki temu, że wydzielane przez fagi DP dyfundują do podłoża i pozbawiają bakterie otoczek [3].

Znaczenie wykorzystania depolimeraz

W erze wielolekooporności bakterii szuka się wielu alternatyw do zwalczania tego problemu. Fagi okazują się być dobrze wykorzystanym obiektem, ponieważ poza tym, że możemy korzystać z całych cząsteczek fagowych, to jeszcze charakteryzują się wysoką różnorodnością enzymów, które można z powodzeniem zastosować w terapii antybakteryjnej.

Aktualnie nie są prowadzone żadne badania kliniczne związane z DP, ale wykonuje się wiele obiecujących badań na zwierzętach. Przykładem może być wykorzystanie endosialidazy E przeciw Escherichia coli K1, która posiada otoczkę będącą elementem wirulentnym tej bakterii i odpowiada za około 85% posocznicy oraz zapalenie opon mózgowych u noworodków wywołanych przez E. coli. Zauważono, że już pojedyncza dawka podanej DP 24 godziny po zakażeniu obniża znacznie współczynnik śmiertelności [3].

Szczególnie groźne wydają się patogeny należące do grupy ESKAPE (o nich pojawi się osobny artykuł). Klebsiella pneumoniae staje się dla nas coraz większym wyzwaniem do zwalczania, że względu na to, że jest oporna na niemal wszystkie dostępne antybiotyki. Bakteria ta posiada otoczkę oraz LPS, co jest źródłem jej wilurencji. Jej budowa pozwala na wysoką wytrzymałość i oporność na detergenty, antybiotyki i układ immunologiczny gospodarza. Co więcej posiada zdolność do tworzenia biofilmów, np. na urządzeniach medycznych. Coraz częściej stosuje się synergistyczne działanie fagów z antybiotykami i enzymami fagowymi. Podczas jednych z badań wykazano skuteczne działanie na biofilm zbudowany z kilku wielolekoopronych K. pneumoniae depolimerazy KP34p57 w połączeniu z fagiem K15 i cyprofloksacyną [5].

Literatura

1. Knecht, L. E., Veljkovic, M., & Fieseler, L. (2020). Diversity and function of phage encoded depolymerases. Frontiers in microbiology, 10, 2949. DOI: 10.3389/fmicb.2019.02949
2. https://ictv.global/
3. Maszewska, A. (2015). Fagowe depolimerazy polisacharydów–charakterystyka i zastosowanie. Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej, 69, 690-702.
4. Danis-Wlodarczyk, K. M., Wozniak, D. J., & Abedon, S. T. (2021). Treating bacterial infections with bacteriophage-based enzybiotics: in vitro, in vivo and clinical application. Antibiotics, 10(12), 1497. DOI: 10.3390/antibiotics10121497
5. Latka, A., & Drulis-Kawa, Z. (2020). Advantages and limitations of microtiter biofilm assays in the model of antibiofilm activity of Klebsiella phage KP34 and its depolymerase. Scientific Reports, 10(1), 1-12. DOI: 10.1038/s41598-020-77198-5