Raziskovalci razkrivajo, kako se bakterije držijo celuloznih vlaken v črevesju

Raziskovalci so odkrili nov molekularni mehanizem, s katerim se bakterije držijo celuloznih vlaken v človeškem črevesju. Zahvaljujoč dvema različnima načinoma vezave, lahko prenesejo strižne sile v telesu. Znanstveniki Univerze v Baslu in ETH Zürich so svoje rezultate objavili v reviji "Nature Communications" .

Celuloza je glavni gradnik celičnih sten rastlin, sestavljen iz molekul, povezanih skupaj v trdna vlakna. Za ljudi, celuloza je neprebavljiva, in večina črevesnih bakterij nima encimov, potrebnih za razgradnjo celuloze.

Vendar pa pred kratkim genetski material iz bakterije, ki razgrajuje celulozo R. champanellensis so odkrili v vzorcih človeškega črevesja.

Bakterijska kolonizacija črevesja je bistvena za človeško fiziologijo, in razumevanje, kako se črevesne bakterije držijo celuloze, širi naše znanje o mikrobiomu in njegovem odnosu do zdravja ljudi.

Preiskovana bakterija uporablja zapleteno mrežo beljakovin in encimov na zunanji celični steni, imenovano celulosomsko omrežje, za pritrditev in razgradnjo celuloznih vlaken. Ta celulosomska omrežja držijo družine medsebojno delujočih beljakovin.

Posebno zanimiva je interakcija kohezin-dokerin, ki je odgovorna za sidranje celulosomske mreže na celično steno.

Ta interakcija mora vzdržati strižne sile v telesu, da se drži vlaknin. Ta vitalna značilnost je raziskovalce motivirala, da podrobneje raziščejo, kako se sidrni kompleks odziva na mehanske sile.

Z uporabo kombinacije mikroskopije atomske sile z eno molekulo, simulacije fluorescence ene molekule in molekularne dinamike, Profesor Michael Nash z Univerze v Baslu in ETH Zürich skupaj s sodelavci iz LMU München in Univerze Auburn je preučeval, kako se kompleks upira zunanji sili.

Dva načina vezave omogočata, da se bakterije držijo površin v toku

Uspelo jim je pokazati, da kompleks kaže redko vedenje, imenovano način dvojne vezave, kjer proteini tvorijo kompleks na dva različna načina.

Raziskovalci so ugotovili, da imata dva načina vezave zelo različne mehanske lastnosti, pri enem se zlomi pri nizkih silah okoli 200 pikonevtonov, pri drugem pa se pokaže veliko večja stabilnost pri lomu le pri 600 pikonevtonih sile.

Nadaljnja analiza je pokazala, da beljakovinski kompleks kaže vedenje, imenovano "ulovna vez", "kar pomeni, da interakcija beljakovin postane močnejša, ko se sila poveča.

Domneva se, da dinamika te interakcije omogoča bakterijam, da se pod strižnim stresom oprimejo celuloze in sproščajo kompleks kot odziv na nove podlage ali za raziskovanje novih okolij.

Jasno opazujemo dvojne načine vezave, lahko pa le ugibajo o njihovem biološkem pomenu. Menimo, da bi lahko bakterije nadzorovale način vezave s spreminjanjem beljakovin. To bi omogočilo prehod iz nizkega v visoko adhezijsko stanje, odvisno od okolja . "

Michael Nash, Profesor, Univerza v Baslu

Z osvetlitvijo tega naravnega mehanizma oprijema, te ugotovitve so postavile temelje za razvoj umetnih molekularnih mehanizmov, ki kažejo podobno vedenje, vendar se vežejo na tarče bolezni.

Takšni materiali bi se lahko uporabljali v medicinskih superlepilih na biološki osnovi ali pri striženju vezane terapevtske nanodelce v telesu. "Za zdaj, z veseljem se vrnemo v laboratorij in pogledamo, kaj se drži, "pravi Nash.

• Alarmini so zlato v materinem mleku
• Človeški črevesni mikrobi igrajo pomembno vlogo pri ohranjanju zdravja