Strutture batteriche simili a siringhe su nanoscala potrebbero essere utilizzate per fornire nuovi farmaci

Raschiando i tubicoli dal fondo delle barche nel porto di San Diego per studiarli, I ricercatori della San Diego State University hanno scoperto che un batterio benefico che li aiuta a stabilire colonie potrebbe anche essere un vantaggio per la salute umana, perché lo stesso processo potrebbe già avvenire nell'intestino umano.

Esaminando questo batterio che provoca la metamorfosi nell'umile tubercolosi, i microbiologi marini dell'SDSU hanno scoperto che le strutture simili a siringhe su scala nanometrica prodotte da esso - una struttura soprannominata la Morte Nera per l'effetto che ha - potrebbero essere utilizzate in futuro per fornire nuove terapie o vaccini a cellule e tessuti mirati nell'uomo.

Vermi tubicoli ( Hydroides elegans ) sono minuscole creature marine con gusci duri che causano molti problemi e perdite economiche per i proprietari di barche e navi. Si attaccano al fondo delle barche e formano strati croccanti spessi centimetri, e attirano anche altri invertebrati come i cirripedi che poi si formano sopra di essi. Questo cosiddetto "biofouling" porta a un peso aggiuntivo ea un consumo di carburante più elevato. Così, tutti, dalla Marina degli Stati Uniti al settore marittimo e navale, sono interessati a scoprire come lo fanno e cosa si può fare per evitare che ciò accada.

La ricerca marina ha portato a scoperte significative

Nicholas Shikuma con SDSU ha studiato i tubicoli per diversi anni con gli studenti nel suo laboratorio, per capire esattamente perché sono attratti da certi luoghi dell'oceano dove stabiliscono colonie.

Precedenti ricerche di altri hanno dimostrato che, come le barriere coralline, ricci di mare e ascidie, i tubicoli avevano anche bisogno di un ambiente favorevole per riprodursi, quindi in genere gravitavano in aree con popolazioni sane di batteri come Pseudoalteromonas , un batterio benefico. Shikuma ha scoperto che il batterio ha strutture contrattili associate alla metamorfosi (MAC) - strutture simili a siringhe che iniettano il contenuto nelle larve di vermi tubieri, aiutandolo a trasformarlo in vermi giovanili.

Quello che lui e gli altri scienziati non sapevano era se i MAC stavano iniettando una sostanza biochimica nel verme tubolare per causare la metamorfosi e per attaccarsi agli scafi delle barche. Il laboratorio di Shikuma ha utilizzato la tomografia crioelettronica per studiare le strutture e ha trovato serie di sistemi di iniezione a forma di stella della morte, che vengono rilasciati dal batterio.

Hanno scoperto che le strutture delle siringhe contenevano una nuova proteina effettrice, Mif1, che regola l'attività biologica nell'ospite tubicolo, ed è questa proteina che è responsabile della metamorfosi.

Molti agenti patogeni producono queste strutture di siringhe che in genere causano malattie. Ma questa è la prima volta che scopriamo batteri che usano la siringa per uno scopo simbiotico".

Nicholas Shikuma, SDSU

Rubare siringhe dai fagi, ma per una buona causa

I MAC assomigliano a strutture di siringhe simili che si trovano sui batteriofagi - virus che infettano i batteri - e con l'evoluzione, i batteri hanno 'rubato' questa struttura ai fagi, e ne ho fatto buon uso.

"I fagi in genere attaccano i batteri con queste strutture, ma invece di usarlo per infettare altri batteri, il Pseudoalteromonas ora lo usa per interagire con altri animali, come i tubicoli, insetti, e cellule di topo, " ha detto Shikuma.

"I MAC vengono creati quando i batteri subiscono la lisi cellulare - quando le cellule si esplodono - e i batteri che lo fanno muoiono in seguito, quindi è quasi come l'altruismo perché avvantaggia il resto della popolazione batterica".

Non tutti i batteri di questo ceppo producono i MAC, solo circa uno su 50 lo fa, ma poiché possiamo produrre trilioni di questi batteri, la fornitura non sarà un problema e più di loro possono essere progettati per produrre MAC, Lui ha spiegato.

I risultati saranno pubblicati il ​​17 settembre in eLife rivista, e seguire sulla scia di una recente pubblicazione dal laboratorio di Shikuma che è stata pubblicata in Rapporti di cella nel giugno di quest'anno che ha esaminato come questo batterio interagisce in vitro con le cellule di insetti e topi. Quel documento ha mostrato come le strutture microscopiche delle siringhe potrebbero essere modificate con carichi utili che potrebbero potenzialmente trasportare terapie o vaccini.

Shikuma ha ottenuto un brevetto provvisorio per i risultati in entrambi i documenti, sull'utilizzo dei MAC per fornire proteine ​​modificate. Come passo successivo, la ricerca attuale nel suo laboratorio prevede l'estrazione di dati dal Progetto Microbioma Umano per vedere se noi esseri umani abbiamo questa stessa struttura di siringa batterica nelle nostre viscere che può essere sfruttata per scopi terapeutici.

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