A kutatók feltárják, hogy a baktériumok hogyan tapadnak a bélben lévő cellulózrostokhoz

A kutatók egy új molekuláris mechanizmust fedeztek fel, amellyel a baktériumok megtapadnak a cellulózszálaktól az emberi bélben. Két különböző kötési módnak köszönhetően ellenállnak a test nyíróerejének. A Bázeli Egyetem és az ETH Zürich tudósai közzétették eredményeiket a "Nature Communications" folyóiratban .

A cellulóz a növényi sejtfalak fő építőköve, szilárd szálakká összekapcsolt molekulákból áll. Az emberek számára, a cellulóz emészthetetlen, és a bélbaktériumok többségében hiányoznak a cellulóz lebontásához szükséges enzimek.

Azonban, a közelmúltban a cellulózbontó baktérium genetikai anyaga R. champanellensis humán bélmintákban észlelték.

A bél bakteriális kolonizációja elengedhetetlen az emberi fiziológiához, és annak megértése, hogy a bélbaktériumok hogyan tapadnak a cellulózhoz, szélesíti ismereteinket a mikrobiomról és annak kapcsolatáról az emberi egészséghez.

A vizsgált baktérium az állványfehérjék és enzimek bonyolult hálózatát használja a külső sejtfalon, cellulózhálózatnak nevezik, cellulózszálakhoz való ragasztáshoz és lebomláshoz. Ezeket a cellulózhálózatokat kölcsönhatásba lépő fehérjék családjai tartják össze.

Különösen érdekes a kohézin-dockerin kölcsönhatás, amely felelős a cellulózhálózatnak a sejtfalhoz való rögzítéséért.

Ennek a kölcsönhatásnak ellen kell állnia a nyíróerőknek a testben, hogy tapadjanak a szálakhoz. Ez a létfontosságú tulajdonság motiválta a kutatókat arra, hogy részletesebben megvizsgálják, hogyan reagál a horgonyzókomplex a mechanikai erőkre.

Egymolekulás atomerőmikroszkópia kombinációjával, egymolekulás fluoreszcencia és molekuláris dinamika szimulációk, Michael Nash professzor a Bázeli Egyetemből és az ETH Zürichből, valamint az LMU München és az Auburn Egyetem munkatársai tanulmányozták, hogyan áll ellen a komplexum a külső erőnek.

Két kötési mód lehetővé teszi a baktériumok tapadását az áramlás alatti felületekhez

Megmutatták, hogy a komplex ritka viselkedést mutat, amelyet kettős kötési módnak neveznek, ahol a fehérjék két különböző módon alkotnak komplexet.

A kutatók azt találták, hogy a két kötési mód nagyon eltérő mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, az egyik törés alacsony, körülbelül 200 pikonewtonos erőnél, a másik pedig sokkal nagyobb stabilitást mutat, csak 600 pikonewton erő esetén.

További elemzések azt mutatták, hogy a fehérjekomplex viselkedést mutat "fogási kötésnek", "ami azt jelenti, hogy a fehérje kölcsönhatás erősebbé válik az erő felerősödésével.

Úgy gondolják, hogy ennek a kölcsönhatásnak a dinamikája lehetővé teszi, hogy a baktériumok nyírófeszültség alatt tapadjanak a cellulózhoz, és felszabadítsák a komplexet új szubsztrátokra reagálva vagy új környezetek felfedezése során.

Világosan megfigyeljük a kettős kötési módokat, de csak találgatni lehet biológiai jelentőségükről. Úgy gondoljuk, hogy a baktériumok szabályozhatják a kötési mód preferenciáját a fehérjék módosításával. Ez lehetővé teszi, hogy a környezettől függően alacsony / magas tapadási állapotra váltsunk . "

Michael Nash, Egyetemi tanár, Bázeli Egyetem

Ennek a természetes tapadási mechanizmusnak a megvilágításával ezek az eredmények megalapozzák a mesterséges molekuláris mechanizmusok kifejlesztését, amelyek hasonló viselkedést mutatnak, de kötődnek a betegség céljaihoz.

Az ilyen anyagok alkalmazhatók bioalapú orvosi szuperragasztókban vagy a terápiás nanorészecskék nyírással fokozott kötődésében a szervezetben. "Átmenetileg, izgatottan várjuk, hogy visszatérjünk a laboratóriumba, és megnézzük, milyen botok, - mondja Nash.

• Az alarminok az arany az anyatejben
• Az emberi bél mikrobák fontos szerepet játszanak az egészség megőrzésében