Vedci odhaľujú, ako sa baktérie prichytávajú k celulózovým vláknam v čreve

Vedci odhalili nový molekulárny mechanizmus, ktorým baktérie priľnú k celulózovým vláknam v ľudskom čreve. Vďaka dvom rôznym režimom viazania môžu odolávať šmykovým silám v tele. Vedci z Bazilejskej univerzity a ETH Zurich publikovali svoje výsledky v časopise „Nature Communications“ .

Celulóza je hlavným stavebným kameňom stien rastlinných buniek, pozostávajúci z molekúl spojených dohromady do pevných vlákien. Pre ľudí, celulóza je nestráviteľná, a väčšine črevných baktérií chýbajú enzýmy potrebné na rozklad celulózy.

Avšak, nedávno genetický materiál z baktérie degradujúcej celulózu R. champanellensis bola zistená vo vzorkách ľudského čreva.

Bakteriálna kolonizácia čreva je nevyhnutná pre fyziológiu človeka, a porozumenie tomu, ako črevné baktérie priliehajú k celulóze, rozširuje naše znalosti o mikrobióme a jeho vzťahu k ľudskému zdraviu.

Baktéria, ktorá je predmetom vyšetrovania, používa na vonkajšej bunkovej stene zložitú sieť lešenárskych proteínov a enzýmov, označovaná ako celulózová sieť, na prichytenie a degradáciu celulózových vlákien. Tieto celulózové siete držia pohromade rodiny interagujúcich proteínov.

Zvlášť zaujímavá je interakcia kohezín-dockerín zodpovedná za ukotvenie celulózovej siete k bunkovej stene.

Táto interakcia musí vydržať šmykové sily v tele, aby priľnuli k vláknu. Táto zásadná vlastnosť motivovala vedcov, aby podrobnejšie skúmali, ako kotviaci komplex reaguje na mechanické sily.

Použitím kombinácie mikroskopie s jednou molekulou atómovej sily, simulácie fluorescencie a molekulárnej dynamiky s jednou molekulou, Profesor Michael Nash z Univerzity v Bazileji a ETH Zurich spolu so spolupracovníkmi LMU Mníchov a Auburn University študovali, ako komplex odoláva vonkajšej sile.

Dva režimy viazania umožňujú baktériám prilepiť sa na povrchy pod prúdom

Dokázali ukázať, že komplex vykazuje vzácne správanie nazývané režim dvojitej väzby, kde proteíny tvoria komplex dvoma odlišnými spôsobmi.

Vedci zistili, že tieto dva režimy väzby majú veľmi odlišné mechanické vlastnosti, pričom jedno sa láme pri nízkych silách okolo 200 piconewtonov a druhé vykazuje oveľa vyššiu stabilitu, láme sa len pri 600 piconewtonoch sily.

Ďalšia analýza ukázala, že proteínový komplex vykazuje správanie nazývané „záchytná väzba, "čo znamená, že interakcia bielkovín sa stáva silnejšou, keď sa zvyšuje sila."

Verí sa, že dynamika tejto interakcie umožňuje baktériám priľnúť k celulóze pri šmykovom napätí a uvoľniť komplex v reakcii na nové substráty alebo na skúmanie nových prostredí.

Jasne sledujeme režimy dvojitej väzby, ale o ich biologickom význame môžu len špekulovať. Myslíme si, že baktérie by mohli ovládať preferenciu väzbového režimu úpravou proteínov. To by umožnilo prechod zo stavu nízkej na vysokú adhéziu v závislosti od prostredia . "

Michael Nash, Profesor, Univerzita v Bazileji

Vrhnutím svetla na tento prirodzený mechanizmus adhézie tieto zistenia pripravili pôdu pre vývoj umelých molekulárnych mechanizmov, ktoré vykazujú podobné správanie, ale viažu sa na ciele chorôb.

Také materiály by mohli mať aplikácie v biologických lekárskych supergluéch alebo v strihovom zosilnení väzby terapeutických nanočastíc vo vnútri tela. "Na Teraz, sme nadšení, že sa môžeme vrátiť do laboratória a zistiť, čo sa drží, “hovorí Nash.

• Alarmíny sú zlato v materskom mlieku
• Ľudské črevné mikróby hrajú dôležitú úlohu pri udržiavaní zdravia