Nanomittakaavan ruiskumaisia ​​bakteerirakenteita voitaisiin käyttää uusien lääkkeiden toimittamiseen

Raapimalla putkimatoja pois veneiden pohjalta San Diegon satamassa tutkimaan niitä, San Diegon osavaltion yliopiston tutkijat havaitsivat, että hyödyllinen bakteeri, joka auttaa heitä siirtokuntien perustamisessa, voi myös olla siunaus ihmisten terveydelle, koska sama prosessi saattaa jo tapahtua ihmisen suolistossa.

Tutkimalla tätä bakteeria, joka aiheuttaa metamorfoosia nöyrässä putkimatossa, SDSU:n merimikrobiologit havaitsivat, että sen tuottamia nanokokoisia ruiskumaisia ​​rakenteita - rakennetta, jonka lempinimi on Kuolemantähti sen vaikutuksen vuoksi - voitaisiin käyttää tulevaisuudessa uusien lääkkeiden tai rokotteiden toimittamiseen kohdesoluille ja -kudoksille ihmisillä.

Putkimatot ( Hydroides elegans ) ovat pieniä mereneläviä, joilla on kovat kuoret ja jotka aiheuttavat paljon ongelmia ja taloudellisia menetyksiä veneiden ja alusten omistajille. Ne tarttuvat veneiden pohjaan ja muodostavat tuuman paksuisia kuorikerroksia, ja myös houkutella muita selkärangattomia, kuten kurpitsia, jotka sitten muodostuvat niiden päälle. Tämä niin kutsuttu "biofouling" lisää painoa ja lisää polttoaineen kulutusta. Niin, kaikki Yhdysvaltain laivastosta merenkulku- ja veneenrakennusteollisuuteen ovat kiinnostuneita siitä, miten he tekevät tämän ja mitä voidaan tehdä sen estämiseksi.

Merentutkimus johti merkittäviin löytöihin

Nicholas Shikuma SDSU:sta on opiskellut putkimatoja useiden vuosien ajan laboratorionsa opiskelijoiden kanssa, ymmärtääkseen tarkalleen, miksi heidät vedetään tiettyihin paikkoihin valtamerellä, joihin he perustavat siirtomaita.

Muiden aikaisemmat tutkimukset osoittivat, että kuten koralliriutat, merisiilit ja meriruiskut, putkimatot tarvitsivat myös suotuisan ympäristön lisääntymiseen, joten ne tyypillisesti vetäytyivät alueille, joilla on terveitä bakteeripopulaatioita, kuten Pseudoalteromonas , hyödyllinen bakteeri. Shikuma havaitsi, että bakteerilla on Metamorphosis Associated Contractile rakenteita (MAC) - ruiskumaisia ​​rakenteita, jotka ruiskuttavat sisältöä putkimatojen toukkiin, auttaa muuttamaan sen nuoriksi matoiksi.

Hän ja toiset tutkijat eivät tienneet, olivatko MAC:t ruiskuttaneet biokemikaalia putkimatoon aiheuttaakseen muodonmuutoksen ja kiinnittyäkseen veneen runkoon. Shikuman laboratorio käytti kryoelektronitomografiakuvausta tutkiakseen kuoleman tähden muotoisten injektiojärjestelmien rakenteita ja joita bakteeri vapauttaa.

He havaitsivat, että ruiskurakenteet sisälsivät uutta efektoriproteiinia, Mif1, joka säätelee putkimatojen isännän biologista aktiivisuutta, ja tämä proteiini on vastuussa muodonmuutoksen aiheuttamisesta.

Monet patogeenit tuottavat näitä ruiskurakenteita, jotka tyypillisesti aiheuttavat sairauksia. Mutta tämä on ensimmäinen kerta, kun löysimme bakteereja, jotka käyttävät ruiskua symbioottiseen tarkoitukseen. "

Nicholas Shikuma, SDSU

Ruiskujen varastaminen fageista, mutta hyvästä syystä

MAC:t muistuttavat samanlaisia ​​ruiskurakenteita, jotka löytyvät bakteriofageista - bakteereita tartuttavista viruksista - ja kehityksen myötä bakteerit ovat "varastaneet" tämän rakenteen fageista, ja ovat käyttäneet sitä hyväksi.

"Faagit hyökkäävät tyypillisesti bakteereihin näillä rakenteilla, mutta sen sijaan, että käyttäisi sitä muiden bakteerien tartuttamiseen, the Pseudoalteromonas käyttää sitä nyt vuorovaikutuksessa muiden eläinten kanssa, kuten putkimatoja, ötökät, ja hiiren solut, "Shikuma sanoi.

"MAC -molekyylit syntyvät, kun bakteerit hajoavat soluissa - kun solut räjäyttävät itsensä - ja bakteerit, jotka tekevät tämän, kuolevat myöhemmin, joten se on melkein kuin altruismia, koska siitä hyötyy muu bakteeripopulaatio. "

Kaikki tämän kannan bakteerit eivät tuota MAC -yhdisteitä, vain noin joka 50 tekee niin, mutta koska voimme tuottaa miljardeja näitä bakteereja, tarjonta ei ole ongelma, ja useampia niistä voidaan suunnitella tuottamaan MAC:ita, hän selitti.

Tulokset julkaistaan ​​17. syyskuuta vuonna eLife päiväkirja, ja seuraa hiljattain julkaistua Shikuman laboratorion julkaisua, joka julkaistiin vuonna Soluraportit tämän vuoden kesäkuussa, jossa tarkasteltiin tämän bakteerin vuorovaikutusta in vitro hyönteis- ja hiiren solujen kanssa. Tämä paperi osoitti, kuinka mikroskooppisia ruiskurakenteita voitaisiin muuttaa hyötykuormilla, jotka voisivat kuljettaa lääkkeitä tai rokotteita.

Shikuma on saanut väliaikaisen patentin molempien lehtien havainnoista, MAC:ien käyttämisestä muokattujen proteiinien toimittamiseen. Seuraavana askeleena hänen laboratoriossaan suoritettavaan nykyiseen tutkimukseen kuuluu Human Microbiome Project -projektin louhintatietojen selvittäminen, onko meillä ihmisillä sama bakteeriruiskurakenne suolistossamme, jota voidaan käyttää terapeuttisiin tarkoituksiin.

• Punkit kantavat nyt useita sairauksia,
• Suoliston bakteerimuutokset vaikuttavat lupushoidon tuloksiin raskaana