Shigella-bakterien udnytter en fysisk kraft kaldet endocytose i cellernes membran

Bakterierne, der forårsager shigella-tarmsygdommen, bruger et toksin, der udnytter en fysisk kraft i cellernes membran. Selvom det er svært at blokere, det er muligt at kæmpe med nanopartikler, der udnytter den samme kraft.

Et enormt antal sygdomme er et resultat af bakterie- og virusinfektioner. Disse patogener kommer ind i kroppens celler gennem flere ruter. En ny undersøgelse i fællesskab ledet af EPFL rapporterer nu opdagelsen af ​​en hidtil ukendt infektionsrute brugt af bakterierne, der forårsager shigellose, en tarminfektionssygdom karakteriseret ved blodig diarré. I den nyopdagede mekanisme, Shigella-bakterien udnytter en generisk kraft, der skabes af fluktuationerne i cellens egen plasmamembran. Værket er udgivet i ACS Nano .

Undersøgelsen er udført af John Ipsen ved Syddansk Universitet, Ludger Johannes ved Institut Curie i Frankrig og Julian Shillcock ved EPFL.

Normalt, celler regulerer indtrængen af ​​fremmed materiale meget tæt, at forhindre invasioner fra patogener som bakterier og vira. Som resultat, angriberne har udviklet forskellige mekanismer til at overvinde barriererne og få adgang til celler.

For eksempel, en rute går ud på at kapre cellens eget maskineri og narre den til at internalisere virussen eller bakterien inde i en vesikel, som cellen selv laver. denne proces, som er en af ​​de regelmæssige måder, celler optager store molekyler på, kaldes "endocytose".

Forskerne brugte forskellige vesikelsystemer og computersimuleringer til at studere en bakteriel invasionsmekanisme, der ser ud til at have nogle unikke egenskaber. Mekanismen bruges, blandt andre, af de bakterier, der forårsager shigella, og som producerer en lille, stift protein kaldet Shiga-toksin.

Undersøgelsen viste, at Shiga -toksinpartikler binder tæt til visse lipider, eller fedtstoffer, på membranoverfladen af ​​den celle, der skal invaderes. De begynder derefter at danne klynger på membranen, som får membranen til at bue indad, skabe rørformede invaginationer, hvorigennem toksinpartiklerne kommer ind i cellen. En gang indenfor, Shiga-toksinerne ændrer cellens genetiske mekanisme, og infektionen er begyndt.

Men den største opdagelse var, at toksinet faktisk udnytter en generisk, fysisk kraft i cellens membran til at producere invaginationerne. Dette kaldes "Casimir -kraften" og blev først beskrevet som en teoretisk kraft, der virker mellem to ladede, parallel, ledende overflader.

Med hensyn til biologi, Casimir-kraften menes at virke mellem membranbundne proteiner i celler, eksisterer på alle flydende biologiske cellemembraner og opstår kun, når patogenet binder tæt til membranoverfladen.

Forskerne foreslår, at Shigella-bakterier, og andre patogener, har udviklet sig til at drage fordel af Casimir -kraften, der stammer fra den svingende plasmamembran til at inficere celler. Ud over, fordi de fedtstoffer, som toksinet binder til, bruges af cellen til dens egne operationer, Shiga-toksinet kan ikke blokeres fra at komme ind uden at deaktivere eller ændre cellens normale funktioner.

Nanopartikler til levering af lægemidler

Men fordi Casimir-kraften menes at opstå for eventuelle tæt bundne nanopartikler på overfladen af ​​cellens membran, der er potentiale for at producere en roman, nanopartikelbaseret vej til lægemiddellevering. Først, vi bliver nødt til at binde nanopartikler tæt til overfladen af ​​cellen, hvor de vil klynge sig sammen. Sekund, nanopartiklerne skal også øge cellemembranens krumning lidt for at udnytte Casimir-kraften og få adgang til cellen. En gang indenfor, de kan begynde at gøre gavn, defensive ændringer i cellens adfærd.

"Hvor naturen har ført til at udvikle et middel til patogener til at inficere celler, fremstillede nanopartikler kan følge for at behandle cellulær dysfunktion, " siger Julian Shillcock.