Forbindelse gør det muligt at styre bakteriel kommunikation af lys

Forskere fra University of Groningen er lykkedes med at inkorporere en lysstyret switch i et molekyle, der bruges af bakterier til kvorumføling-en proces, hvorved bakterier kommunikerer og efterfølgende styrer cellulære processer. Med det beskrevne molekyle, det er muligt enten at hæmme eller stimulere kommunikation. Dette gør det til et meget nyttigt værktøj til yderligere forskning i bakteriel kommunikation og dens indflydelse på forskellige genetiske veje. Resultaterne blev offentliggjort den 15. april i tidsskriftet Chem .

For at reagere på deres omgivelser, bakterier kommunikerer gennem en form for kemisk signalering kaldet kvorumføling. Cellerne udskiller et signalmolekyle og på samme tid overvåge dens koncentration. Efterhånden som flere celler udskiller signalmolekylet, det kan overskride en tærskelkoncentration og aktivere visse genetiske veje, for eksempel, at producere toksiner eller danne en beskyttende biofilm.

Lysfølsom kontakt

"Hvis vi ville være i stand til at påvirke kvorumfølelse, vi kan muligvis bruge det til at behandle alvorlige infektioner, "siger University of Groningen organisk kemiker Mickel Hansen." Og det ville også være nyttigt at undersøge, hvordan kvorumfølelse nøjagtigt fungerer. "For at gøre dette, det ville være nyttigt at have en modulator af kvorumfølelse, der kunne styres eksternt. Derfor satte Hansen og kolleger i gruppen af ​​syntetisk organisk kemi under ledelse af professor Ben Feringa sig for at bygge en lysfølsom switch ind i et molekyle, der bruges af bakterier som et signal til kvorumfornemmelse.

Molekylet består af et hoved og en fleksibel kulstofbaseret hale forbundet via en β-keto-amid-linker. Planen var at inkorporere en switch i halen. "Dette betød, at vi var nødt til at forbinde den modificerede hale til hovedet via β-keto-amid-forbindelse. Dog blev den syntetiske proces til opnåelse af denne forbindelse frembringer et meget ustabilt mellemprodukt, hvilket gjorde det næsten umuligt at syntetisere molekylet. "

Bibliotek

Bygger på den omfattende erfaring fra gruppen af ​​syntetiske organiske kemier ved Stratingh Institute of Chemistry ved University of Groningen, forskerne kom med en løsning i form af en ny koblingsreaktion med et stabiliseret mellemprodukt. Ved hjælp af dette mellemprodukt, de var i stand til at syntetisere fotoswitchbare derivater på en hurtig og ligetil måde.

Hansen, sammen med kandidatstuderende Jacques Hille, produceret et bibliotek med 16 forbindelser, der havde potentiale til at fungere som agonister eller antagonister for kvorumfølelse. Alle var udstyret med en lysstyret kontakt. Alle forbindelser var baseret på et molekyle, der bruges i et bestemt kvorumføler -system i Pseudomonas aeruginosa, som har omkring fem af disse kvorumfølende systemer. I samarbejde med molekylærbiologer fra laboratoriet til professor i molekylær mikrobiologi Arnold Driessen, også ved University of Groningen, generne for et af disse systemer blev overført til en E. coli reporterstamme, tillader enhver virkning af de nyligt syntetiserede forbindelser at blive testet uden indblanding af andre kvorumfølelsesmekanismer.

Toksinproduktion

Bioaktivitetstest på de opnåede forbindelser viste, hvilke dele af molekylet, der var afgørende for at kontrollere kvorumfølelse. Det optimale antal carbonatomer, der udgør halen, syntes at være fire. Vende kontakten med lys fik halen til at bøje. Bemærkelsesværdigt, den lige hale havde ingen effekt, der henviser til, at den bøjede hale inducerede kvorumfølelsesignalet. Hansen:"Samlet set det ser ud til, at små ændringer i molekylet kan have en stor effekt på dets aktivitet, men vi ved endnu ikke præcist hvorfor. "

De fandt en forbindelse, der var stærkt i stand til at hæmme kvorumfølelsesignalet og - efter bestråling med lys, fører til bukning af halen - for også stærkt at stimulere den. Forskellen i aktivitet var mere end 700 gange, hvilket er enormt. "En så stor forskel har, så vidt vi ved, aldrig blevet vist før for lysskiftede bioaktive molekyler. "

Dette særlige molekyle vil være et meget nyttigt værktøj til at undersøge, hvordan bakterier kommunikerer. "I undersøgelsen vi viste, at vi kunne lys-kontrollere toksinproduktion i en Pseudomonas-stamme med vores omskiftelige modulator. Dette vil være et stærkt værktøj til både klinisk og grundlæggende forskning i mekanismen for kvorumfølelse. "