Istraživači otkrivaju kako se bakterije lijepe za celulozna vlakna u crijevima

Istraživači su otkrili novi molekularni mehanizam kojim se bakterije lijepe za celulozna vlakna u ljudskim crijevima. Zahvaljujući dva različita načina vezivanja, mogu izdržati posmične sile u tijelu. Znanstvenici sa Sveučilišta Basel i ETH Zurich objavili su svoje rezultate u časopisu "Nature Communications" .

Celuloza je glavni gradivni element staničnih stijenki biljaka, koji se sastoji od molekula povezanih zajedno u čvrsta vlakna. Za ljude, celuloza je neprobavljiva, a većini crijevnih bakterija nedostaju enzimi potrebni za razgradnju celuloze.

Međutim, nedavno genetski materijal iz bakterije koja razgrađuje celulozu R. champanellensis otkriven je u uzorcima crijeva ljudi.

Kolonizacija crijeva bakterijama bitna je za ljudsku fiziologiju, i razumijevanje kako crijevne bakterije prianjaju na celulozu proširuje naše znanje o mikrobiomu i njegovom odnosu prema ljudskom zdravlju.

Bakterija koja se istražuje koristi zamršenu mrežu proteina i enzima skele na vanjskoj staničnoj stijenci, naziva se celulozomska mreža, za pričvršćivanje i razgradnju celuloznih vlakana. Ove celulosomske mreže drže obitelji proteina u interakciji.

Posebno je zanimljiva interakcija kohezin-dokerin odgovorna za sidrenje celulozomske mreže na staničnu stijenku.

Ova interakcija mora izdržati posmične sile u tijelu da se prilijepi za vlakna. Ova vitalna značajka motivirala je istraživače da detaljnije istraže kako kompleks sidrenja reagira na mehaničke sile.

Koristeći kombinaciju mikroskopije atomske sile s jednom molekulom, simulacije fluorescencije s jednom molekulom i simulacije molekularne dinamike, Profesor Michael Nash sa Sveučilišta Basel i ETH Zurich, zajedno sa suradnicima sa LMU München i Sveučilišta Auburn proučavali su kako se kompleks opire vanjskoj sili.

Dva načina vezivanja omogućuju bakterijama da se zalijepe za površine koje teku

Uspjeli su pokazati da kompleks pokazuje rijetko ponašanje koje se naziva način dvostrukog vezanja, gdje proteini tvore kompleks na dva različita načina.

Istraživači su otkrili da dva načina vezivanja imaju vrlo različita mehanička svojstva, pri čemu se jedan lomi pri niskim silama od oko 200 pikonewtona, a drugi pokazuje mnogo veću stabilnost lomeći se samo pri 600 piconewtona sile.

Daljnja analiza pokazala je da proteinski kompleks pokazuje ponašanje koje se naziva "ulovna veza", "što znači da interakcija proteina postaje jača kako se sila povećava.

Vjeruje se da dinamika ove interakcije omogućuje bakterijama da se pri posmičnom naprezanju prilijepe za celulozu i oslobode kompleks kao odgovor na nove podloge ili da istraže novo okruženje.

Jasno promatramo dvostruke načine vezivanja, ali mogu samo nagađati o njihovom biološkom značaju. Mislimo da bi bakterije mogle kontrolirati sklonost načina vezanja modificiranjem proteina. To bi omogućilo prebacivanje iz stanja niskog prianjanja ovisno o okolišu . "

Michael Nash, Profesor, Sveučilište u Baselu

Osvjetljavanjem ovog prirodnog mehanizma prianjanja, ti su nalazi postavili pozornicu za razvoj umjetnih molekularnih mehanizama koji pokazuju slično ponašanje, ali se vežu za ciljeve bolesti.

Takvi bi se materijali mogli primijeniti u medicinskim superljepcima na biološkoj osnovi ili smicanjem poboljšanom vezivanju terapijskih nanočestica unutar tijela. "Zasad, uzbuđeni smo što se vraćamo u laboratorij i vidimo što se slijepi, "kaže Nash.

• Alarmini su zlato u majčinom mlijeku
• Ljudski crijevni mikrobi imaju važnu ulogu u očuvanju zdravlja