Tutkijat paljastavat, kuinka bakteerit tarttuvat selluloosakuituihin suolistossa

Tutkijat ovat paljastaneet uuden molekyylimekanismin, jolla bakteerit tarttuvat selluloosakuituihin ihmisen suolistossa. Kahden eri sidontatilan ansiosta ne kestävät kehon leikkausvoimia. Baselin yliopiston ja ETH Zürichin tutkijat julkaisivat tulokset Nature Communications -lehdessä .

Selluloosa on kasvien soluseinien tärkeä rakennuspalikka, koostuu molekyyleistä, jotka on kytketty toisiinsa kiinteiksi kuiduiksi. Ihmisille, selluloosa on sulavaa, ja suurin osa suolistobakteereista puuttuu selluloosan hajottamiseen tarvittavista entsyymeistä.

Kuitenkin, äskettäin selluloosaa hajottavan bakteerin geneettistä materiaalia R. champanellensis todettiin ihmisen suolenäytteistä.

Suoliston bakteerikolonisaatio on välttämätöntä ihmisen fysiologialle, ja ymmärrys siitä, miten suolistobakteerit tarttuvat selluloosaan, laajentaa tietämystämme mikrobiomista ja sen suhteesta ihmisten terveyteen.

Tutkittava bakteeri käyttää monimutkaista rakennustelineen proteiinien ja entsyymien verkkoa solun ulkoseinällä, jota kutsutaan selluloosaverkkoksi, selluloosakuitujen kiinnittämiseen ja hajottamiseen. Näitä selluloosaverkostoja pitävät yhdessä vuorovaikutuksessa olevien proteiinien perheet.

Erityisen mielenkiintoista on kohhesiini-dockerin-vuorovaikutus, joka on vastuussa selluloosaverkoston kiinnittämisestä soluseinään.

Tämän vuorovaikutuksen on kestettävä kehon leikkausvoimat tarttumaan kuituun. Tämä tärkeä ominaisuus motivoi tutkijoita tutkimaan tarkemmin, miten ankkurointikompleksi reagoi mekaanisiin voimiin.

Käyttämällä yhden molekyylin atomivoimamikroskopian yhdistelmää, yhden molekyylin fluoresenssin ja molekyylidynamiikan simulaatiot, Professori Michael Nash Baselin yliopistosta ja ETH Zürichistä sekä LMU Münchenin ja Auburnin yliopiston yhteistyökumppanit tutkivat, kuinka kompleksi vastustaa ulkoista voimaa.

Kaksi sitoutumistilaa mahdollistavat bakteerien tarttumisen virtauksen alla oleviin pintoihin

He pystyivät osoittamaan, että kompleksilla on harvinainen käyttäytyminen, jota kutsutaan kaksoissidontatilaksi, jossa proteiinit muodostavat kompleksin kahdella eri tavalla.

Tutkijat havaitsivat, että molemmilla sidontatavoilla on hyvin erilaisia ​​mekaanisia ominaisuuksia, toinen rikkoutuu pienillä voimalla noin 200 pikonewtonia ja toinen osoittaa paljon suurempaa vakautta murtumalla vain 600 pikonewtonin voimalla.

Lisäanalyysi osoitti, että proteiinikompleksilla on käyttäytyminen, jota kutsutaan "saalisliitokseksi", "tarkoittaa, että proteiinien vuorovaikutus vahvistuu voiman lisääntyessä.

Tämän vuorovaikutuksen dynamiikan uskotaan sallivan bakteerien tarttua selluloosaan leikkausjännityksen alaisena ja vapauttaa kompleksin vasteena uusille substraateille tai tutkia uusia ympäristöjä.

Tarkkailemme selvästi kaksoissidontatiloja, mutta voi vain spekuloida niiden biologisesta merkityksestä. Uskomme, että bakteerit voivat kontrolloida sitoutumismoodia muuttamalla proteiineja. Tämä mahdollistaisi siirtymisen alhaisesta tilasta korkeaan tarttuvuustilaan riippuen ympäristöstä . "

Michael Nash, Professori, Baselin yliopisto

Valottamalla tätä luonnollista tarttuvuusmekanismia, Nämä havainnot muodostavat keinon kehittää keinotekoisia molekyylimekanismeja, joilla on samanlainen käyttäytyminen, mutta jotka sitoutuvat sairaustavoitteisiin.

Tällaisilla materiaaleilla voisi olla sovelluksia biopohjaisissa lääketieteellisissä superliimoissa tai terapeuttisten nanohiukkasten sitomisen tehostumisessa kehon sisällä. "Toistaiseksi, palaamme laboratorioon ja katsomme, mitä tikkuja, "sanoo Nash.

• Alarminit ovat rintamaidon kultaa
• Ihmisen suolen mikrobeilla on tärkeä rooli terveyden ylläpitämisessä