Mokslininkai atskleidžia, kaip bakterijos prilimpa prie celiuliozės skaidulų žarnyne

Mokslininkai atskleidė naują molekulinį mechanizmą, kuriuo bakterijos prilimpa prie celiuliozės skaidulų žmogaus žarnyne. Dėl dviejų skirtingų įrišimo režimų jie gali atlaikyti kūno šlyties jėgas. Bazelio universiteto ir Ciuricho ETH mokslininkai paskelbė savo rezultatus žurnale „Nature Communications“ .

Celiuliozė yra pagrindinė augalų ląstelių sienelė, susideda iš molekulių, sujungtų į kietus pluoštus. Žmonėms, celiuliozė nėra virškinama, ir daugumai žarnyno bakterijų trūksta fermentų, reikalingų celiuliozei skaidyti.

Tačiau, celiuliozę ardančios bakterijos genetinė medžiaga R. champanellensis buvo aptikta žmogaus žarnyno mėginiuose.

Žarnyno bakterijų kolonizacija yra būtina žmogaus fiziologijai, ir supratimas, kaip žarnyno bakterijos prilimpa prie celiuliozės, praplečia mūsų žinias apie mikrobiomą ir jo ryšį su žmonių sveikata.

Tiriama bakterija naudoja sudėtingą pastolių baltymų ir fermentų tinklą išorinėje ląstelių sienelėje, vadinamas celiuliozės tinklu, celiuliozės pluoštams pritvirtinti ir suardyti. Šiuos celiuliozinius tinklus laiko kartu sąveikaujančių baltymų šeimos.

Ypač įdomi yra kohesino ir dockerino sąveika, atsakinga už celiuliozės tinklo įtvirtinimą prie ląstelės sienos.

Ši sąveika turi atlaikyti kūno šlyties jėgas, kad priliptų prie pluošto. Ši gyvybiškai svarbi savybė paskatino tyrėjus išsamiau ištirti, kaip tvirtinimo kompleksas reaguoja į mechanines jėgas.

Naudojant vienos molekulės atominės jėgos mikroskopiją, vienos molekulės fluorescencijos ir molekulinės dinamikos modeliavimas, Profesorius Michaelas Nashas iš Bazelio universiteto ir ETH Ciurichas kartu su bendradarbiais iš LMU Miuncheno ir Auburno universiteto ištyrė, kaip kompleksas priešinasi išorinei jėgai.

Du surišimo režimai leidžia bakterijoms prilipti prie srauto paviršių

Jie sugebėjo parodyti, kad kompleksas pasižymi retu elgesiu, vadinamu dvigubu įrišimo režimu, kur baltymai sudaro kompleksą dviem skirtingais būdais.

Mokslininkai nustatė, kad abu surišimo būdai turi labai skirtingas mechanines savybes, vienas sugenda esant mažoms maždaug 200 pikonetonų jėgoms, o kitas pasižymi daug didesniu stabilumu, kai lūžta tik esant 600 pikonetonų jėgai.

Tolesnė analizė parodė, kad baltymų kompleksas pasižymi elgesiu, vadinamu „sugavimo ryšiu“, "tai reiškia, kad padidėjus jėgai, baltymų sąveika tampa stipresnė.

Manoma, kad šios sąveikos dinamika leidžia bakterijoms prilipti prie celiuliozės esant šlyties įtempiui ir atpalaiduoti kompleksą reaguojant į naujus substratus arba tyrinėjant naują aplinką.

Mes aiškiai stebime dvigubus įrišimo režimus, bet gali tik spėlioti apie jų biologinę reikšmę. Manome, kad bakterijos gali kontroliuoti surišimo režimo pasirinkimą, pakeisdamos baltymus. Tai leistų pereiti nuo mažo prie didelio sukibimo būsenos, atsižvelgiant į aplinką . "

Michaelas Nešas, Profesorius, Bazelio universitetas

Apšviesdamas šį natūralų sukibimo mechanizmą, šios išvados sudaro etapą dirbtinių molekulinių mechanizmų, kurie elgiasi panašiai, tačiau susieja su ligos tikslais, kūrimo etapą.

Tokios medžiagos gali būti pritaikytos biologiniuose medicininiuose superklijuose arba padidinus šlyties terapinių nanodalelių surišimą kūno viduje. "Dabar, džiaugiamės galėdami sugrįžti į laboratoriją ir pamatyti, kas laikosi “ - sako Nash.

• Alarminai yra auksas motinos piene
• Žmogaus žarnyno mikrobai vaidina svarbų vaidmenį palaikant sveikatą