Bakteriel spydpistol i nanostørrelse fungerer som en boremaskine

For at slippe af med ubehagelige konkurrenter, nogle bakterier bruger et spydgevær i nanostørrelse. Forskere ved Universitetet i Basels Biozentrum har fået ny indsigt i konstruktionen, virkemåde og genbrug af dette våben. Som de beretter i journalen Naturens mikrobiologi , spydgeværet borer et hul ind i nabocellerne på kun et par tusindedele af et sekund og injicerer en cocktail af toksiner.

Millioner af små mikrober på blade, sten eller vores hud trænger sig på plads. Og næsten overalt, de skal konkurrere om ressourcer og næringsstoffer. I løbet af evolutionen, nogle bakterier har derfor udviklet et våben til at sprøjte en giftig cocktail ind i konkurrenter og rivaler, dermed eliminere dem. Dette våben, ligner et spydgevær, kaldes type VI sekretionssystemet (T6SS).

To år siden, Prof. Marek Basler bestemte den atomare struktur af spydgeværet i tilstanden "efter affyring". I den aktuelle undersøgelse, hans team har løst strukturen af ​​"ready to fire" spydgeværet. Baseret på disse resultater, forskerne har modelleret, hvordan T6SS spydgeværet virker. Den er sammensat af komponenter, herunder en skede og et spyd med en skarp spids. Skeden består af over 200 tilsluttede, tandhjulslignende proteinringe, der er samlet omkring det indre stive spyd. Når T6SS skyder, skeden trækker sig hurtigt sammen og skubber det giftige spyd ud af cellen, som så kan trænge ind i naboceller, hvor det frigiver dødelige giftstoffer. "Indtil nu, der har kun været antagelser om, hvordan strukturen af ​​T6SS-skeden ændres under kontraktion, " siger Basler. "Ved brug af kryo-elektronmikroskopi tilgængelig på C-CINA, vi har nu fået et billede af spydet og den forlængede skede i atomopløsning."

Ved at sammenligne strukturerne i de udvidede og kontraherede stater, forskerne modellerede, hvordan T6SS fungerer i detaljer. "Under skedens sammentrækning, ring efter ring drejer og kommer tættere på den forrige ring, mens ringdiameteren udvider sig og dermed frigiver spydet, " forklarer Basler. "Denne kombination af hylsterkrympning og drejning resulterer i, at der bores et hul i målcellerne. På mindre end to millisekunder, T6SS-kappen trækker sig sammen til halvdelen af ​​sin længde og samtidig, det giftige spyd spiraler ud som en skrue. Derfor, bakterierne har et ekstremt kraftfuldt bor."

Efter at have affyret T6SS, bakterierne genbruger de enkelte komponenter i kappen til at samle en ny spydpistol. "I lang tid, det var ikke klart, hvorfor kun den kontraherede kappe er adskilt, men den forlængede kappe er ikke, " siger Basler. "Nu, vi kunne se, at et bestemt proteindomæne er eksponeret på overfladen af ​​kappen under kontraktion og kan genkendes af et specifikt protein, der er ansvarlig for at demontere hylsteret. I den udvidede kappetilstand, dette domæne er skjult, og T6SS-kappen er derfor beskyttet mod adskillelse."

Forskerne vil fortsætte med at studere spydgeværet. "Et af vores projekter er dedikeret til spørgsmålet om, hvordan T6SS er indlejret i bakteriecellehylsteret. Da spydgeværet affyres med så høj en kraft, det skal være solidt forankret - ellers, affyring ville ikke fungere ordentligt, eller endda kunne dræbe de våbenbærende bakterier selv."