„Domácí rakety“ jsou úžasné bakterie, které chtějí vědci využít

Mlhavé ilustrace. Tailociny vypadají jako fágy, ale nemají kapsidu („hlavu“), která obsahuje virovou DNA a replikační stroje.

Tým vedený laboratoří Berkeley Laboratory kope do nano-strojů vyrobených z bizarních bakterií, které dokážou sledovat mikrobiomovou vědu.

Představte si, že když střílí na vaše nepřátele, jsou smrtelné šípy, ale pokud padnou na vaše přátele, jsou neškodné. Je snadné vidět, jak by to byla neuvěřitelná výhoda ve válce, kdyby byly skutečné. Něco jako tyto šípy však existuje a jsou používány v boji … jen v jiném měřítku.

Tyto zbraně se nazývají tailociny a realita je téměř cizí než fikce.

„Tailociny jsou extrémně silné proteinové nanomachiny produkované bakteriemi,“ vysvětlil Vivk Motlick, vědecký pracovník z National Laboratory Lawrence Berkeley (Berkeley Laboratory), který studuje tailociny a fágy, viry, které infikují bakterie, které se zdají být tailociny. „Vypadají jako fágy, ale nemají kapsidu, což je„ hlava “fága, který obsahuje virus. DNA A duplikační stroje. Proto jsou jako odpružená jehla, která sedí na cílové buňce, poté je vidět, jak prochází skrz buněčnou membránu a vytváří otvor pro cytoplazmu, takže buňka ztratí své ionty a obsah a zhroutí se. “

Ilustrace od Tailocins

Ilustrace teleucinů a jejich altruistické činy nakreslené dcerou spisovatele Vivka Motlicka Antary. Zápočet: Entra Motlik

Široká škála bakterií je schopna produkovat tailociny a zdá se, že to dělají za stresových podmínek. Protože tailociny jsou smrtelné pouze pro konkrétní kmeny – ve skutečnosti tak specifické, že se jim říkalo „domácí bakteriální střely“, se zdá, že jsou tailociny nástrojem, který používají bakterie ke konkurenci svých soupeřů. Vzhledem k jejich podobnosti s fágy se vědci domnívají, že thaluciny jsou produkovány DNA původně injikovanou do bakteriálního genomu během virových infekcí (viry dávají svým hostitelům pokyny, jak toho udělat více), a v průběhu evolučního času bakterie zlikvidovaly části fága DNA, která byla k ničemu. Ponechte si části, které mohly být sdíleny pro jejich prospěch.

Ale na rozdíl od většiny schopností vybraných během evoluce tailociny lidi nezachrání. Podle Mutalika jsou bakterie zabíjeny, pokud produkují tailociny, stejně jako by byly infikovány skutečným fágovým virem, protože ostré nanomachiny prorazí membránu a opustí produkující buňku podobně jako replikované virové částice. Ale po jejich uvolnění se teleociny zaměřují pouze na určité kmeny, čímž šetří ostatní buňky v hostitelské linii.

“Získávají příbuzné, ale člověk se obětuje, a to je jakési altruistické chování. Stále však nechápeme, jak k tomuto jevu dochází v přírodě,” uvedl Motlik. Vědci také přesně nevědí, jak funguje bodavý píst tylocinu.

Tato témata a tailociny jako celek jsou oblastí horkého výzkumu kvůli mnoha možným aplikacím. Motlik a jeho kolegové z oblasti biologických věd v Berkeley Laboratory spolu se spolupracovníky z University of Berkeley mají zájem o využití ticocinů pro lepší výzkum mikrobiomů. Další skupiny se zajímají o použití tailocinů jako alternativy k tradičním antibiotikům – která bez rozdílu vylučují prospěšné kmeny spolu se špatnými a jsou stále neúčinnější kvůli vývoji vlastností odolných vůči lékům.

Ve svém nejnovějším článku tým Berkeley zkoumal genetický základ a fyzikální mechanismy, které řídí, jak kliniky tailociny útočí na konkrétní kmeny, a zkoumal genetické podobnosti a rozdíly mezi výrobci tailocinu a jejich cílovými kmeny.

Po zkoumání 12 kmenů půdních bakterií, o nichž je známo, že používají tailociny, našli biologové důkazy, že rozdíly mezi lipopolysacharidy – molekulami založenými na tuku a cukru – připojenými k vnějším membránám mohou určit, zda je kmen cílen konkrétním tailocinem nebo ne.

„Bakterie, které jsme studovali, žijí v náročném prostředí chudém na zdroje, takže nás zajímá, jak by mohli používat tailociny k boji proti přežití,“ řekl Adam Arkin, spoluautor a vedoucí vědecký pracovník na Fakultě biologických věd . Ředitel a technický spoluvlastník oblasti Ekosystémy a sítě integrované do genů a molekulárních sestav (ENIGMA) Oblast vědeckého zaměření. Arkin poznamenal, že ačkoli vědci mohou snadno způsobit, že bakterie produkují v laboratoři teleociny (a mohou snadno dát geny do kultivovatelných kmenů pro hromadnou výrobu, což by bylo užitečné, kdybychom chtěli z taucinů udělat léky), stále existuje mnoho nezodpovězených otázek. O tom, jak bakterie šíří teleociny v jejich přirozeném prostředí, a také o tom, jak – a proč – určité kmeny cílí na vraha.

„Jakmile pochopíme mechanismy cílení, můžeme začít používat tyto nezávislé subjekty,“ dodal Arkin. „Je zřejmé, že potenciál medicíny je obrovský, ale byl by také úžasný v typu vědy, se kterou se zabýváme. Zkoumá interakci mezi bakteriemi v životním prostředí a roli těchto interakcí v důležitých ekologických procesech, jako je kolaps uhlíku a zpracování dusíku . “

V současné době je velmi obtížné pochopit, co každá bakterie v komunitě dělá, protože vědci nemohou snadno sčítat a odečítat kmeny a zkoumat výsledek. Pomocí správně využitých teleocinů lze tyto experimenty provádět snadno.

Motlik, Arkin a jejich kolegové také provádějí následné studie zaměřené na odhalení mechanismů působení telelocinů. Plánují využít pokročilé zobrazovací zařízení v Berkeley Laboratory k pořizování snímků na atomové úrovni celého procesu, od okamžiku, kdy se tylocin váže na cílovou buňku k deflaci buňky. V podstatě budou střílet snímky mikroskopického lomítka.

Odkaz: „Systematické objevování pseudomonadických genetických faktorů podílejících se na citlivosti na toulocin“ Sean Karim, Ashley L. Azada, Alexej A. Kazakov, Morgan v. Price, Peter J. Valian, Lauren M. Louis, Turban v. Nielsen, Roman. Chakraborty, Adam M. Deutschbauer, Vivek K. Mutalik a Adam P. Arkin, 1. března 2021, ISME Journal.
DOI: 10.1038 / s41396-021-00921-1

Tato práce je součástí oblasti vědeckého zaměření ENIGMA, multinstitucionálního konsorcia vedeného laboratoří Berkeley, které se zaměřuje na prohlubování našeho chápání mikrobiální biologie a dopadu mikrobiálních komunit na jejich ekosystémy. ENIGMA je podporována Ministerstvem vědy ministerstva energetiky.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Objeven vzácný supravodič – může být rozhodující pro budoucnost kvantové práce na počítači

Výzkum vedený Kentem a laboratoří STFC Rutherford Appleton Laboratory vedl k objevu nového vzácného topologického supravodiče LaPt3P. Tento objev může mít velký význam pro...

Mimořádný příklad toho, jak voda a led mohou formovat zemi

29. května 2021 Jedna z největších delt na světě je pozoruhodným příkladem toho, jak voda a led mohou formovat pevninu. Delta Yukon-Kuskokswim je jednou z největších...

Prehistorický typ člověka, který byl dříve vědě neznámý

Statická lebka, dolní čelist a temenní pravopis. Fotografický kredit: Tel Avivská univerzita Dramatický objev během izraelských vykopávek Objev nové homo skupiny v této oblasti, která...

Jak vznikla supermasivní černá díra

Výzkum vedený Kalifornskou univerzitou, Riverside poukázal na semeno černé díry vytvořené zhroucením halo temné hmoty. Supermasivní černé díry neboli SMBH jsou černé díry s hmotností...

MIT dosahuje významného pokroku směrem k plné implementaci kvantového výpočtu

Nastavitelná spojka může zapnout a vypnout interakci qubit-qubit. Nežádoucí, zbytkové (ZZ) interakce mezi dvěma qubity jsou eliminovány použitím vyšších úrovní energie v konektoru....

Newsletter

Subscribe to stay updated.