Endnu en grund til at elske den stribede bas:Antimikrobielle stoffer

Det er svært at tænke på en fisk med en højere overordnet værdi end den stribede bas – eller stenfisk, som det er kendt i Chesapeake Bay-regionen.

Morone saxatilis er værdsat af lystfiskere, der fisker i ferskvand såvel som saltvand. Det er en værdifuld kommerciel art, og opnår derfor en topnotering i skaldyrsafdelingen i mange restauranter og fiskehandlerboder.

Et team af forskere hos William &Mary ledet af Myriam Cotten undersøger endnu en dyd ved den stribede bas:Fiskene indeholder biomolekyler, der har vist lovende terapeutisk brug i human medicin.

Cotten, en lektor ved universitetets Institut for Anvendt Videnskab, er medforfatter på et nyligt offentliggjort papir, "Kobber regulerer interaktionerne mellem antimikrobielle piscidinpeptider fra fiskemastceller med formylpeptidreceptorer og heparin, "i Journal of Biological Chemistry .

Hun forklarede, at peptiderne undersøgt i papiret er varianter af de molekylære våben, der bruges af et dyrs immunsystem, og produceret af mastceller - specialiserede hvide blodlegemer. I dette tilfælde, emnedyret er en fisk, og så er de "piscidin"-peptider.

Avisen bemærker, at fisk er udsat for en spærreild af patogener - bakterielle, viral, parasitære og svampe. Fisk, selvfølgelig, svømme og trække vejret i, hvad nogle gange kan være en suppe af patogener. Omkring 65 procent af infektionerne får deres start i biofilm og for at forblive sunde, fisk har udviklet stærke immunsystemer til at bekæmpe infektion.

Cotten siger, at hun ofte arbejder sammen med andre videnskabsmænd, især når det kommer til in vivo undersøgelser:"Jeg laver den grundlæggende forskning - jeg elsker det! Men jeg gør ikke in vivo, " forklarede hun. "Det er derfor, dette er et samarbejde."

For eksempel, hun sagde, at i 2015, efter at have studeret dem i et årti, hun fandt ud af, at hendes peptider kunne binde kobber. Det var en vigtig opdagelse.

"Kobberioner danner radikaler, og radikaler kan angribe nærliggende biologiske molekyler, fastlåsning og beskadigelse af visse kemiske bindinger, " forklarede Cotten.

Hun samarbejdede med Hao Hong ved University of Michigan, som testede hendes kobberladede peptider in vivo påført en kræfttumor på en mus. Resultaterne, mens den er foreløbig, er lovende, Cotten tilføjet.

De kobberladede radikaler kan være et vigtigt nyt våben i krigene mod tumorer og infektioner, og mekanismerne beskrevet i J. Biol. Chem papir er de nødvendige næste skridt på vejen til kliniske forsøg. Papiret beskriver peptiderne som schweiziske hærknive, der ikke kun direkte angriber bakterier, men også aktiverer værtsorganismens immunceller for at hjælpe med at bekæmpe infektioner.

Mens hun arbejder hen imod en bedre forståelse af den biokemiske mekanisme af piscidiner og andre biomolekyler, der en dag kan bruges til at bekæmpe infektioner hos mennesker, Cotten beskriver passende sig selv som en biofysisk kemiker.

"Det betyder, at jeg studerer biologiske systemer med fysiske værktøjer, " forklarede hun. Krystallografi er et af de fysiske værktøjer for kemikere, men Cotten studerer biologiske membraner og noterer, "Alt, der har med en membran at gøre, der binder en membran, der er rettet mod en membran, er meget svært at studere med krystallografi, når det er bundet til den membran."

Derfor, Cottens eget go-to-værktøj er kernemagnetisk resonans, eller NMR. Hun fortsætter sin undersøgelse i NMR-laboratoriet i Small Hall på William &Mary campus, arbejder med en gruppe, der omfatter forsker Dr. Alex Greenwood, en NMR-specialist, og støttet af midler fra National Science Foundation.

"NMR er tilfældigvis en af ​​de bedste teknikker til at undersøge prøver, der ikke krystalliserer, " sagde Cotten. "Når du ser på et antimikrobielt stof, der med stor sandsynlighed angriber membraner eller måske har indre mål, ligesom DNA, der er i virkeligheden ingen anden metode på atomniveau end NMR, der kan studere ikke-krystallinske prøver."

Kernemagnetisk resonans er en følsom og krævende teknik - eller rettere sæt af teknikker. Længe før hun kom til William &Mary, Cotten var bekendt med det NMR-arbejde, der foregår her, især værket af Robert Vold, tidligere medlem af fakultetet i fysik- og anvendt videnskabsafdelingerne.

"Da jeg var kandidatstuderende, Jeg var beæret over professor Volds arbejde, " sagde Cotten. "Jeg har stadig stakke af hans papirer, som jeg trykte for 20 år siden. Og jeg mødte ham aldrig, før jeg fik jobbet her."

Cotten begyndte at arbejde i det store magnetlaboratorium i Small Hall, ved hjælp af 17,6-tesla, 750 megahertz magnet som Vold brugte. Men hun kunne ikke bare gå hen og putte sine prøver ind i magneten. Vold, sammen med Gina Hoatson og en række andre brugere af den store magnet, havde brugt det til at studere ikke-biologiske prøver. Cottens arbejde involverer undersøgelse af biologiske membraner.

"Da jeg kom her, instrumentet blev sat op til materialer. Jeg var nødt til at købe nye sonder for at lave NMR her, " forklarede hun.

NMR-brugere kan lide at sammenligne magneten med en boremaskine og sonderne med borekroner:En boremaskine kan bruge et hvilket som helst antal bits, afhængig af materialerne. Den type "bits" Cotten skal bruge for at studere membraner kaldes statiske prober. En af hendes samarbejdspartnere, Peter Gor'kov fra National High Magnetic Field Lab i Florida State, byggede de nye sonder til hende.

Prøverne er orienteret på glasplader og derefter går de ind i halsen på magneten, spolen. Magneten zapper prøven med et magnetfelt. Atomkernerne i prøven har deres eget elektroniske miljø og resonerer ved unikke frekvenser i magnetfeltet.

Sonden sidder inde i magneten, omkring to fod, bruge radiobølger til at opfange overførslen i energiniveau i et signal, der, når det først er afkodet, kan give en masse detaljer om prøvens molekylære struktur.

Cotten siger, at hun er "dybt passioneret" omkring at bruge NMR, fordi det giver mulighed for at studere molekylers bevægelse, ikke kun deres struktur. Og molekylær bevægelse er ret vigtig for hendes forståelse af fænomener forbundet med membraner.

"Molekyler virker ikke ved at blive frosset i rummet. Molekyler bevæger sig, " forklarede hun. "Hvis du har et stof, der er antimikrobielt, den skal flytte til et sted, hvor den angriber en celle. Når det er der, det er nødt til at ændre strukturen af ​​det, det er bundet til, for at beskadige det websted. Det er meget dynamisk."

Cotten og hendes team arbejder på at installere de nye biomolekyle-venlige prober i NMR-laboratoriet for at fortsætte undersøgelsen af ​​fiskepeptiderne, som viser løfte om et stadigt bredere udvalg af kliniske applikationer.