Hacking af det bakterielle sociale netværk

Når vi bruger vores smartphones til at kontrollere sociale medier, vi står over for masser af bakterier på enhederne - endnu mere end på toiletsæder, ifølge en undersøgelse fra University of Arizona. Disse bakterier kan have deres egen form for socialt netværk, der, som Facebook, gør det muligt for enkeltcellede væsner at tiltrække og frastøde hinanden.

Denne indsigt stammer fra ny forskning fra amerikanske Department of Energy (DOE) forskere, der har bestemt molekylære strukturer af et højt specialiseret sæt proteiner. Disse proteiner bruges af en stamme af E. coli -bakterier til at kommunikere og forsvare deres græs.

Arbejdet kan føre til nye biomedicinske strategier til at overvinde patogene bakterier, der forårsager infektionssygdomme som lungebetændelse og fødevarebårne sygdomme. Det er det seneste fremskridt fra en gruppe forskere ved DOE's Argonne National Laboratory; University of California, Santa Barbara (UCSB); og University of California, Irvine.

Arbejdet bygger på opdagelsen fra UCSB -forskere i 2005, at bakterierne producerer giftige proteiner, som de kan overføre til deres naboer ved direkte kontakt for enten at dræbe eller kontrollere dem, muligvis for at få bedre adgang til næringsstoffer. Det spiller kun ud i tætbefolkede mikrobielle samfund gennem en proces kaldet kontaktafhængig væksthæmning (CDI).

"Vi lærer dybest set, hvordan bakterierne interagerer og kommunikerer, "sagde Andrzej Joachimiak, en fremtrædende forsker fra Argonne i laboratoriets afdeling for biovidenskab. "Vi har nogle ideer, som vi forsøger at løse, fordi toksinerne kan have forskellige aktiviteter. De kan påvirke forskellige bakterier forskelligt. "

"Disse systemer findes ikke kun i jord- og tarmbakterier, men også hos menneskelige patogener, "sagde Joachimiak, som også er seniorkollega ved University of Chicago's Computation Institute. "Nogle af disse toksiner fra CDI -systemer er til stede i Pseudomonas aeruginosa, for eksempel, som er involveret i lungesygdomme. "

Joachimiak og 10 medforfattere offentliggjorde deres fund i 29. september, 2017 nummer af tidsskriftet Nucleic Acids Research .

Argonne-teamet opnåede de molekylære strukturer af proteiner, der tilhører et tredelt system af NC101-stammen af ​​E. coli. De tre dele består af CDI -toksinet, dets immunitetsprotein og dets forlængelsesfaktor. Det sidste, kendt som EF-Tu, er et protein, der spiller en nøglerolle i proteinsyntesen. At kende proteinstrukturer i alle tre dele hjælper forskere med at forstå deres funktion.

Opdagelsen af ​​immunitetsproteinet har fået forskere til at mistanke om, at formålet med systemet ikke kun omfatter konkurrence, men også signalering, den proces, hvorved bakterieceller kommunikerer med hinanden, samt at dræbe og kontrollere andre bakterier.

"Der er virkelig kun få molekyler af toksinet, der kommer ind i nabocellen, "sagde Karolina Michalska, en proteinkrystallograf ved Argonne og medlederforfatter af papiret. "Det er svært at estimere det reelle omfang af celleskaden. Derfor tænkte vi, at det ikke var meningen at dræbe, men snarere at kontrollere og kommunikere. "

Toksinet kan kun virke på transfer -ribonukleinsyre (tRNA) under meget specifikke omstændigheder.

"Dette særlige toksin virker på tRNA, og det skal være et meget specifikt sæt tRNA, "Michalska sagde." Dette er det første tilfælde, hvor vi ser forlængelsesfaktoren som denne ekstra komponent, der er nødvendig for toksinet til at fungere. "

Argonne -teamet indsamlede data om proteinstrukturer ved hjælp af Strukturbiologisk Centers beamline ved Advanced Photon Source (APS), en Department of Energy Office of Science brugerfacilitet. APS er en tredje generations lyskilde, giver ekstremt lyse røntgenstråler, der gør det muligt for forskere at fordybe sig i molekylernes arrays i materialer. Ved hjælp af dette værktøj, forskere kan karakterisere, eller identificere, biologiske proteiner og inspicere kemiske processer på nanoskalaen (en milliarddel af en meter).

Argonnes forskerhold tappede også på laboratoriets avancerede proteinkarakteriseringsfacilitet, som tilbyder landets mest avancerede teknologier til at studere nye klasser af proteiner og proteinkomplekser.