Nanoskalige spritzenähnliche Bakterienstrukturen könnten verwendet werden, um neue Medikamente zu verabreichen

Durch das Abkratzen von Röhrenwürmern vom Boden von Booten im Hafen von San Diego, um sie zu untersuchen, Forscher der San Diego State University entdeckten, dass ein nützliches Bakterium, das ihnen bei der Bildung von Kolonien hilft, auch ein Segen für die menschliche Gesundheit sein könnte. weil der gleiche Prozess möglicherweise bereits im menschlichen Darm abläuft.

Durch die Untersuchung dieses Bakteriums, das die Metamorphose beim bescheidenen Röhrenwurm verursacht, Meeresmikrobiologen der SDSU entdeckten, dass die von ihr produzierten nanoskaligen spritzenartigen Strukturen - eine Struktur, die aufgrund ihrer Wirkung den Spitznamen "Todesstern" trägt - in Zukunft verwendet werden könnten, um neuartige Therapeutika oder Impfstoffe an gezielte Zellen und Gewebe beim Menschen zu liefern.

Röhrenwürmer ( Hydroides elegans ) sind winzige Meeresbewohner mit harten Schalen, die Boots- und Schiffseignern viel Ärger und wirtschaftlichen Schaden zufügen. Sie kleben am Bootsboden und bilden zentimeterdicke Krustenschichten, und ziehen auch andere wirbellose Tiere wie Seepocken an, die sich dann auf ihnen bilden. Dieses sogenannte 'Biofouling' führt zu zusätzlichem Gewicht und höherem Kraftstoffverbrauch. So, Jeder von der U.S. Navy bis hin zur Schifffahrts- und Bootsbauindustrie ist daran interessiert, herauszufinden, wie sie dies tun und was getan werden kann, um dies zu verhindern.

Meeresforschung führte zu bedeutenden Entdeckungen

Nicholas Shikuma von SDSU untersucht seit mehreren Jahren mit Studenten in seinem Labor Röhrenwürmer. um genau zu verstehen, warum sie von bestimmten Orten im Ozean angezogen werden, wo sie Kolonien gründen.

Frühere Untersuchungen anderer zeigten, dass wie Korallenriffe, Seeigel und Seescheiden, die Röhrenwürmer brauchten auch eine förderliche Umgebung, um sich fortzupflanzen, Daher zog es sie normalerweise in Gebiete mit gesunden Bakterienpopulationen wie Pseudoalteromonas , ein nützliches Bakterium. Shikuma entdeckte, dass das Bakterium Metamorphose-assoziierte kontraktile Strukturen (MACs) besitzt - spritzenartige Strukturen, die Inhalt in die Larven von Röhrenwürmern injizieren. helfen, es in jugendliche Würmer zu verwandeln.

Was er und seine Kollegen nicht wussten, war, ob die MACs eine Biochemikalie in den Röhrenwurm injizierten, um eine Metamorphose zu verursachen und an Bootsrümpfen zu haften. Shikumas Labor verwendete Kryo-Elektronentomographie-Bildgebung, um die Strukturen zu untersuchen und Arrays von todessternförmigen Injektionssystemen zu finden. die vom Bakterium freigesetzt werden.

Sie entdeckten, dass die Spritzenstrukturen ein neuartiges Effektorprotein enthielten, Mif1, das die biologische Aktivität im Röhrenwurmwirt reguliert, und es ist dieses Protein, das für die Metamorphose verantwortlich ist.

Viele Krankheitserreger produzieren diese Spritzenstrukturen, die typischerweise Krankheiten verursachen. Aber dies ist das erste Mal, dass wir Bakterien entdeckt haben, die die Spritze für einen symbiotischen Zweck verwenden."

Nicholas Shikuma, SDSU

Spritzen von Phagen stehlen, aber aus gutem grund

Die MACs ähneln ähnlichen Spritzenstrukturen, die man auf Bakteriophagen findet – Viren, die Bakterien infizieren – und mit der Evolution, die Bakterien haben diese Struktur von den Phagen "gestohlen", und habe es gut genutzt.

"Phagen greifen Bakterien mit diesen Strukturen typischerweise an, aber anstatt es zu verwenden, um andere Bakterien zu infizieren, das Pseudoalteromonas verwendet es jetzt, um mit anderen Tieren zu interagieren, wie Röhrenwürmer, Insekten, und Mauszellen, “ sagte Shikuma.

"MACs entstehen, wenn die Bakterien eine Zelllyse durchlaufen - wenn die Zellen sich selbst in die Luft sprengen - und die Bakterien, die dies tun, danach sterben. es ist also fast wie Altruismus, weil es dem Rest der Bakterienpopulation zugute kommt."

Nicht jedes Bakterium in diesem Stamm produziert die MACs, nur etwa einer von 50 tut dies, aber da wir Billionen dieser Bakterien produzieren können, die Versorgung wird kein Problem sein und mehr von ihnen können so konstruiert werden, dass sie MACs produzieren, er erklärte.

Die Ergebnisse werden am 17. September in . veröffentlicht eLife Tagebuch, und folgen Sie einer kürzlich erschienenen Veröffentlichung aus Shikumas Labor, die in . veröffentlicht wurde Zellenberichte im Juni dieses Jahres, in dem untersucht wurde, wie dieses Bakterium in vitro mit Insekten- und Mauszellen interagiert. Dieses Papier zeigte, wie die mikroskopischen Spritzenstrukturen mit Nutzlasten modifiziert werden könnten, die möglicherweise Therapeutika oder Impfstoffe tragen könnten.

Shikuma hat ein vorläufiges Patent für die Ergebnisse in beiden Papieren erhalten, über die Verwendung der MACs, um modifizierte Proteine ​​zu liefern. Als nächsten Schritt, Die aktuelle Forschung in seinem Labor beinhaltet das Mining von Daten aus dem Human Microbiome Project, um zu sehen, ob wir Menschen dieselbe bakterielle Spritzenstruktur in unserem Darm haben, die für Therapeutika genutzt werden kann.

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