Sprøjtelignende bakteriestrukturer i nanoskala kunne bruges til at levere nye lægemidler

Ved at skrabe rørorm af bunden af ​​både i San Diego havnen for at studere dem, San Diego State University -forskere opdagede, at en gavnlig bakterie, der hjælper dem med at etablere kolonier, også kunne være en velsignelse for menneskers sundhed, fordi den samme proces måske allerede finder sted i den menneskelige tarm.

Ved at undersøge denne bakterie, der forårsager metamorfose i den ydmyge rørorm, marine mikrobiologer ved SDSU opdagede, at de nanoskala sprøjtelignende strukturer produceret af den - en struktur kaldet Death Star for den effekt, den har - kunne bruges i fremtiden til at levere nye terapier eller vacciner til målrettede celler og væv hos mennesker.

Rørorm ( Hydroides elegans ) er små havdyr med hårde skaller, der forårsager mange problemer og økonomiske tab for både- og skibsejere. De klæber til bunden af ​​både og danner centimeter tykke sprøde lag, og også tiltrække andre hvirvelløse dyr som bromlinger, der derefter dannes oven på dem. Denne såkaldte 'biofouling' fører til ekstra vægt og højere brændstofforbrug. Så, alle fra den amerikanske flåde til skibs- og bådbyggeriindustrien er interesserede i at finde ud af, hvordan de gør dette, og hvad der kan gøres for at forhindre, at det sker.

Havforskning førte til betydelig opdagelse

Nicholas Shikuma med SDSU har studeret rørorm i flere år med studerende i sit laboratorium, at forstå præcis, hvorfor de er tiltrukket af bestemte steder i havet, hvor de etablerer kolonier.

Tidligere forskning af andre viste, at ligesom koralrev, søpindsvin og søsprøjt, rørormene havde også brug for et gunstigt miljø til at reproducere, så de graviterede typisk til områder med sunde populationer af bakterier som Pseudoalteromonas , en gavnlig bakterie. Shikuma opdagede, at bakterien har Metamorphosis Associated Contractile strukturer (MAC'er) - sprøjtelignende strukturer, der injicerer indhold i larverne af rørorm, hjælper med at omdanne det til unge orme.

Hvad han og videnskabsfolk ikke vidste var, hvis MAC'erne sprøjtede et biokemisk stof i rørormen for at forårsage metamorfose og holde sig til bådskrog. Shikumas laboratorium brugte kryo-elektron tomografi til at studere strukturer og fandt arrays af dødsstjerneformede injektionssystemer, som frigives af bakterien.

De opdagede, at sprøjtestrukturer indeholdt et nyt effektorprotein, Mif1, der regulerer biologisk aktivitet i rørormens vært, og det er dette protein, der er ansvarligt for at forårsage metamorfose.

Masser af patogener producerer disse sprøjtestrukturer, der typisk forårsager sygdom. Men det er første gang, vi opdagede bakterier, der bruger sprøjten til et symbiotisk formål. "

Nicholas Shikuma, SDSU

Stjæler sprøjter fra fag, men af ​​god grund

MAC'erne ligner lignende sprøjtestrukturer, der findes på bakteriofager - vira, der inficerer bakterier - og med evolution, bakterierne har 'stjålet' denne struktur fra fagene, og har brugt det godt.

"Fag angriber typisk bakterier med disse strukturer, men i stedet for at bruge det til at inficere andre bakterier, det Pseudoalteromonas bruger den nu til at interagere med andre dyr, såsom rørorm, insekter, og museceller, "Sagde Shikuma.

"MAC'er skabes, når bakterierne gennemgår cellelyse - når cellerne sprænger sig selv - og bakterierne, der gør dette, dør bagefter, så det er næsten som altruisme, fordi det gavner resten af ​​bakteriepopulationen. "

Ikke alle bakterier i denne stamme producerer MAC'erne, kun omkring en ud af 50 gør det, men da vi kan producere billioner af disse bakterier, forsyning vil ikke være et problem, og flere af dem kan konstrueres til at producere MAC'er, forklarede han.

Resultaterne vil blive offentliggjort den 17. september i eLife tidsskrift, og følg hælene på en nylig publikation fra Shikumas laboratorium, der blev offentliggjort i Cellerapporter i juni i år, som kiggede på, hvordan denne bakterie interagerer in vitro med insekt- og museceller. Det papir viste, hvordan de mikroskopiske sprøjtestrukturer kunne modificeres med nyttelast, der potentielt kunne bære terapeutiske midler eller vacciner.

Shikuma har opnået et foreløbigt patent på resultaterne i begge papirer, om brug af MAC'erne til at levere modificerede proteiner. Som et næste trin, nuværende forskning i hans laboratorium involverer minedata fra Human Microbiome Project for at se, om vi mennesker har den samme bakterielle sprøjtestruktur i vores tarme, der kan udnyttes til terapi.

• Flåter bærer nu flere sygdomme,
• Tarmbakterielle ændringer påvirker lupusbehandlingsresultater i graviditet