Исследователи выяснили, как бактерии прикрепляются к целлюлозным волокнам в кишечнике.

Исследователи обнаружили новый молекулярный механизм, с помощью которого бактерии прикрепляются к целлюлозным волокнам в кишечнике человека. Благодаря двум различным режимам привязки, они могут противостоять поперечным силам в теле. Ученые Базельского университета и ETH Zurich опубликовали свои результаты в журнале Nature Communications. .

Целлюлоза является основным строительным блоком стенок растительных клеток, состоящий из молекул, связанных вместе в твердые волокна. Для людей, целлюлоза неперевариваема, и большинству кишечных бактерий не хватает ферментов, необходимых для расщепления целлюлозы.

Тем не мение, недавно генетический материал от бактерии, разлагающей целлюлозу R. champanellensis был обнаружен в образцах кишечника человека.

Бактериальная колонизация кишечника важна для физиологии человека. а понимание того, как кишечные бактерии прикрепляются к целлюлозе, расширяет наши знания о микробиоме и его связи со здоровьем человека.

Исследуемая бактерия использует сложную сеть белков каркаса и ферментов на внешней стенке клетки. называется целлюлосомной сетью, прикрепляться к целлюлозным волокнам и разрушать их. Эти целлюлосомные сети удерживаются вместе семействами взаимодействующих белков.

Особый интерес представляет взаимодействие когезин-докерин, ответственное за прикрепление целлюлосомной сети к клеточной стенке.

Это взаимодействие должно выдерживать поперечные силы в теле, чтобы прилипнуть к волокну. Эта жизненно важная особенность побудила исследователей более подробно изучить, как анкерный комплекс реагирует на механические силы.

Используя комбинацию атомно-силовой микроскопии одиночных молекул, моделирование флуоресценции одиночных молекул и молекулярной динамики, Профессор Майкл Нэш из Базельского университета и ETH Zurich вместе с сотрудниками из LMU Munich и Auburn University изучили, как комплекс сопротивляется внешней силе.

Два режима связывания позволяют бактериям прилипать к поверхностям под потоком

Они смогли показать, что комплекс демонстрирует редкое поведение, называемое режимом двойного связывания, где белки образуют комплекс двумя различными способами.

Исследователи обнаружили, что два режима связывания имеют очень разные механические свойства, с одним разрывом при малых силах около 200 пиконьютонов, а другой демонстрирует гораздо более высокую стабильность, разрушаясь только при 600 пиконьютонах силы.

Дальнейший анализ показал, что белковый комплекс демонстрирует поведение, называемое «цепной связью, "означает, что взаимодействие белков становится сильнее по мере увеличения силы.

Считается, что динамика этого взаимодействия позволяет бактериям прилипать к целлюлозе под действием напряжения сдвига и высвобождать комплекс в ответ на новые субстраты или исследовать новую среду.

<цитата>

Мы четко наблюдаем режимы двойной привязки, но можно только предполагать их биологическое значение. Мы думаем, что бактерии могут контролировать предпочтительный способ связывания, изменяя белки. Это позволит переключаться с низкого на высокий уровень адгезии в зависимости от окружающей среды. . "

Майкл Нэш, Профессор, Базельский университет

Раскрывая этот естественный механизм адгезии, Эти открытия закладывают основу для разработки искусственных молекулярных механизмов, которые демонстрируют аналогичное поведение, но связываются с мишенями для болезней.

Такие материалы могут найти применение в медицинских суперклее на биологической основе или в связывании терапевтических наночастиц с усилением сдвига внутри тела. "Теперь, мы рады вернуться в лабораторию и посмотреть, что прилипнет, - говорит Нэш.

• Алармины - это золото в грудном молоке
• Микробы кишечника человека играют важную роль в поддержании здоровья