Spuitachtige bacteriële structuren op nanoschaal kunnen worden gebruikt om nieuwe medicijnen af ​​​​te leveren

Door kokerwormen van de bodem van boten in de haven van San Diego te schrapen om ze te bestuderen, Onderzoekers van de San Diego State University ontdekten dat een nuttige bacterie die hen helpt bij het stichten van kolonies ook een zegen kan zijn voor de menselijke gezondheid, omdat hetzelfde proces misschien al in de menselijke darm plaatsvindt.

Door onderzoek te doen naar deze bacterie die de metamorfose veroorzaakt in de nederige kokerworm, mariene microbiologen van SDSU ontdekten dat de nanoschaalachtige structuren die het produceert - een structuur die de Death Star wordt genoemd vanwege het effect dat het heeft - in de toekomst kunnen worden gebruikt om nieuwe therapieën of vaccins te leveren aan gerichte cellen en weefsels bij mensen.

Buiswormen ( Hydroides elegans ) zijn kleine zeedieren met harde schelpen die veel problemen en economische schade veroorzaken voor boot- en scheepseigenaren. Ze kleven aan de bodem van boten en vormen centimeters dikke korstlagen, en trekken ook andere ongewervelde dieren aan, zoals zeepokken die zich dan bovenop hen vormen. Deze zogenaamde 'biofouling' leidt tot extra gewicht en een hoger brandstofverbruik. Dus, iedereen, van de Amerikaanse marine tot de scheepvaart- en scheepsbouwindustrie, is geïnteresseerd in hoe ze dit doen en wat er kan worden gedaan om dit te voorkomen.

Marien onderzoek leidde tot belangrijke ontdekking

Nicholas Shikuma van SDSU bestudeert al jaren buiswormen met studenten in zijn laboratorium, om precies te begrijpen waarom ze zich aangetrokken voelen tot bepaalde plaatsen in de oceaan waar ze kolonies stichten.

Eerder onderzoek door anderen toonde aan dat, zoals koraalriffen, zee-egels en zeepijpen, de kokerwormen hadden ook een gunstige omgeving nodig om zich voort te planten, dus trokken ze meestal naar gebieden met gezonde populaties bacteriën zoals Pseudoalteromonas , een nuttige bacterie. Shikuma ontdekte dat de bacterie Metamorphosis Associated Contractile Structures (MAC's) heeft - spuitachtige structuren die inhoud injecteren in de larven van tubeworms, helpen transformeren in juveniele wormen.

Wat hij en collega-wetenschappers niet wisten, was of de MAC's een biochemische stof in de kokerworm injecteerden om metamorfose te veroorzaken en aan de scheepsrompen te blijven plakken. Shikuma's lab gebruikte cryo-elektronentomografie om de structuren te bestuderen en vond arrays van stervormige injectiesystemen, die door de bacterie worden afgegeven.

Ze ontdekten dat de spuitstructuren een nieuw effector-eiwit bevatten, mif1, dat de biologische activiteit in de kokerworm-gastheer regelt, en het is dit eiwit dat verantwoordelijk is voor het veroorzaken van metamorfose.

Veel ziekteverwekkers produceren deze spuitstructuren die typisch ziekte veroorzaken. Maar dit is de eerste keer dat we bacteriën hebben ontdekt die de spuit gebruiken voor een symbiotisch doel."

Nicolaas Shikuma, SDSU

Spuiten stelen van fagen, maar voor een goed doel

De MAC's lijken op vergelijkbare spuitstructuren die worden gevonden op bacteriofagen - virussen die bacteriën infecteren - en met evolutie, de bacteriën hebben deze structuur 'gestolen' van de fagen, en hebben er goed gebruik van gemaakt.

"Faag valt bacteriën typisch aan met deze structuren, maar in plaats van het te gebruiken om andere bacteriën te infecteren, de Pseudoalteromonas gebruikt het nu om met andere dieren om te gaan, zoals buiswormen, insecten, en muiscellen, ' zei Shikuma.

"MAC's worden aangemaakt wanneer de bacteriën cellysis ondergaan - wanneer de cellen zichzelf opblazen - en de bacteriën die dit doen sterven daarna, dus het is bijna als altruïsme omdat het de rest van de bacteriële populatie ten goede komt."

Niet elke bacterie in deze stam produceert de MAC's, slechts ongeveer een op de 50 doet dit, maar aangezien we biljoenen van deze bacteriën kunnen produceren, levering zal geen probleem zijn en meer van hen kunnen worden ontworpen om MAC's te produceren, hij legde uit.

De bevindingen worden op 17 september gepubliceerd in eLife logboek, en volg op de hielen van een recente publicatie van Shikuma's lab die werd gepubliceerd in Mobiele rapporten in juni van dit jaar, waarin werd gekeken hoe deze bacterie in vitro interageert met insecten- en muizencellen. Dat artikel liet zien hoe de microscopisch kleine spuitstructuren kunnen worden aangepast met nuttige ladingen die mogelijk therapieën of vaccins kunnen bevatten.

Shikuma heeft een voorlopig patent verkregen voor de bevindingen in beide artikelen, over het gebruik van de MAC's om gemodificeerde eiwitten af ​​te leveren. Als volgende stap, huidig ​​onderzoek in zijn laboratorium omvat het delven van gegevens van het Human Microbiome Project om te zien of wij mensen dezelfde bacteriële spuitstructuur in onze ingewanden hebben die kunnen worden gebruikt voor therapieën.

• Teken dragen nu meerdere ziekten,
• Veranderingen in de darmbacteriën beïnvloeden de resultaten van de lupusbehandeling tijdens de zwangerschap