Sprøytelignende bakteriestrukturer i nanoskala kan brukes til å levere nye medisiner

Ved å skrape rørorm av bunnen av båter i San Diego havn for å studere dem, San Diego State University -forskere oppdaget at en gunstig bakterie som hjelper dem med å etablere kolonier, også kan være en velsignelse for menneskers helse, fordi den samme prosessen allerede kan finne sted i den menneskelige tarmen.

Ved å undersøke denne bakterien som forårsaker metamorfose i den ydmyke rørormen, marine mikrobiologer ved SDSU oppdaget at nanoskala sprøytelignende strukturer produsert av den - en struktur med døden til stjernen for effekten den har - kan brukes i fremtiden for å levere nye terapier eller vaksiner til målrettede celler og vev hos mennesker.

Rørorm ( Hydroides elegans ) er ørsmå marine skapninger med harde skall som forårsaker mye trøbbel og økonomisk tap for båt- og rederier. De holder seg til bunnen av båter og danner centimeter tykke, sprø lag, og tiltrekker seg også andre virvelløse dyr som havfugler som deretter dannes på toppen av dem. Denne såkalte 'biofouling' fører til ekstra vekt og høyere drivstofforbruk. Så, alle fra den amerikanske marinen til skips- og båtbyggingsindustrien er interessert i å finne ut hvordan de gjør dette og hva som kan gjøres for å forhindre at det skjer.

Marin forskning førte til betydelige funn

Nicholas Shikuma med SDSU har studert rørorm i flere år med studenter i laboratoriet hans, for å forstå nøyaktig hvorfor de trekkes til bestemte steder i havet der de etablerer kolonier.

Tidligere forskning av andre viste at som korallrev, kråkeboller og sjøsprut, rørormene trengte også et gunstig miljø for å reprodusere, så de gravitated vanligvis til områder med sunne populasjoner av bakterier som Pseudoalteromonas , en gunstig bakterie. Shikuma oppdaget at bakterien har Metamorphosis Associated Contractile strukturer (MAC -er) - sprøytelignende strukturer som injiserer innhold i larvene til rørorm, hjelpe til med å forvandle den til unge ormer.

Det han og andre forskere ikke visste var om MAC -ene injiserte et biokjemisk stoff i rørormen for å forårsake metamorfose og holde seg til båtskroget. Shikumas laboratorium brukte kryo-elektron tomografi for å studere strukturene og fant matriser av dødsstjerneformede injeksjonssystemer, som frigjøres av bakterien.

De oppdaget at sprøytestrukturene inneholdt et nytt effektorprotein, Mif1, som regulerer biologisk aktivitet i tubormverten, og det er dette proteinet som er ansvarlig for å forårsake metamorfose.

Mange patogener produserer disse sprøytestrukturer som vanligvis forårsaker sykdom. Men dette er første gang vi oppdaget bakterier som bruker sprøyten til et symbiotisk formål. "

Nicholas Shikuma, SDSU

Å stjele sprøyter fra fag, men for god sak

MAC -ene ligner lignende sprøytestrukturer som finnes på bakteriofager - virus som infiserer bakterier - og med evolusjon, bakteriene har "stjålet" denne strukturen fra fagene, og har brukt den godt.

"Fag angriper vanligvis bakterier med disse strukturene, men i stedet for å bruke den til å infisere andre bakterier, de Pseudoalteromonas bruker den nå til å samhandle med andre dyr, slik som rørorm, insekter, og museceller, "Sa Shikuma.

"MAC opprettes når bakteriene gjennomgår cellelyse - når cellene sprenger seg selv - og bakteriene som gjør dette dør etterpå, så det er nesten som altruisme fordi det kommer resten av bakteriepopulasjonen til gode. "

Ikke alle bakterier i denne stammen produserer MAC -er, bare omtrent en av 50 gjør det, men siden vi kan produsere billioner av disse bakteriene, forsyning vil ikke være et problem, og flere av dem kan konstrueres for å produsere MAC -er, han forklarte.

Resultatene vil bli publisert 17. september i eLife tidsskrift, og følg på hælene til en fersk publikasjon fra Shikumas laboratorium som ble publisert i Cellerapporter i juni i år som så på hvordan denne bakterien interagerer in vitro med insekt- og museceller. Det papiret viste hvordan de mikroskopiske sprøytestrukturene kan modifiseres med nyttelast som potensielt kan bære terapi eller vaksiner.

Shikuma har fått et foreløpig patent på funnene i begge papirene, på bruk av MAC -ene for å levere modifiserte proteiner. Som et neste trinn, nåværende forskning i laboratoriet hans innebærer gruvedata fra Human Microbiome Project for å se om vi mennesker har den samme bakterielle sprøytestrukturen i tarmen som kan utnyttes for terapi.

• Flått som nå bærer flere sykdommer,
• Tarmbakterielle endringer påvirker resultatene av lupusbehandling under graviditet