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纳米级注射器状细菌结构可用于递送新药

圣地亚哥州立大学的研究人员通过将蠕虫从圣地亚哥港口的船底刮下来进行研究,从而发现一种有助于它们建立殖民地的有益细菌也可能对人类健康有益,因为相同的过程可能已经发生在人类的肠道中。

通过检查这种细菌,该细菌在卑微的结核病中引起变态,SDSU的海洋微生物学家发现,这种细菌产生的纳米级注射器状结构-因其具有的作用而被昵称为“死亡之星”的结构-将来可用于提供新型疗法或针对人类目标细胞和组织的疫苗。

worm虫(Hydroides elegans)是带有坚硬外壳的微小海洋生物,给船东和船东带来很多麻烦和经济损失。它们粘在船的底部,形成几英寸厚的结壳层,还吸引了其他无脊椎动物,例如藤壶,然后在它们上面形成。这种所谓的“生物污染”导致重量增加和燃料消耗增加。因此,从美国海军到航运和造船业的每个人都有兴趣了解他们如何做到这一点以及如何防止这种情况的发生。

海洋研究导致重大发现

SDSU的Nicholas Shikuma在他的实验室里与学生一起研究结核病已有好几年了,以确切地了解为什么它们被吸引到海洋中建立殖民地的某些地方。

其他人先前的研究表明,像珊瑚礁,海胆和海鞘一样,块茎还需要一个有利的繁殖环境,因此它们通常被吸引到细菌有益健康的地区,例如有益的假单胞菌。Shikuma发现该细菌具有与变形相关的收缩结构(MACs)-类似于注射器的结构,可将内容物注入到worm虫的幼虫中,帮助将其转化为幼虫。

他和他的科学家们不知道的是,MAC是否正在向块虫中注射生化物质以引起变态并粘在船体上。Shikuma的实验室使用冷冻电子断层扫描成像技术研究结构,并发现了由细菌释放的死亡星状注射系统阵列。

他们发现,注射器结构中包含一种新型效应蛋白Mif1,该蛋白调节结节宿主体内的生物活性,而正是这种蛋白导致了变态。

许多病原体会产生通常引起疾病的这些注射器结构。但这是我们第一次发现将注射器用于共生目的的细菌。

从噬菌体偷注射器,但有充分的理由

MAC类似于在噬菌体(感染细菌的病毒)上发现的类似注射器结构,并且随着进化,细菌已经从噬菌体中“窃取”了这种结构,并已被充分利用。

“噬菌体通常攻击细菌与这些结构,但不是用它来感染其他细菌,该假交替现在用它来与其他动物,如管虫,昆虫和老鼠细胞相互作用,” Shikuma说。

“ MACs是在细菌经历细胞裂解后-当细胞爆炸时才产生的-而这样做的细菌随后就会死亡,所以这就像利他主义一样,因为它有益于其余细菌种群。”

他解释说,并不是该菌株中的每种细菌都能产生MAC,但50种细菌中只有大约一种会产生MAC。但是,由于我们可以产生上万亿种细菌,因此供应不会成为问题,而且可以对其中的更多细菌进行工程改造以产生MAC。

该发现将于9月17日在eLife杂志上发表,紧随Shikuma实验室最近发表的一篇论文之后,该论文于今年6月发表在《Cell Reports》上,研究了这种细菌与昆虫和小鼠细胞在体外的相互作用。那篇论文表明了如何用可能携带治疗剂或疫苗的有效载荷来改变显微注射器的结构。

Shikuma的两篇论文均获得了有关使用MAC传递修饰蛋白的研究成果的临时专利。下一步,他实验室的当前研究涉及从人类微生物组计划中挖掘数据,以查看我们人类的肠道中是否具有相同的细菌注射器结构,可用于治疗。

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