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细菌结构可能用于人类药物输送

圣地亚哥州立大学(SDSU)的研究人员从圣地亚哥港口的船底刮下了结核虫(Hydroides elegans),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。

通过检查导致结核菌变态的细菌,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(因其功效而被昵称为“死亡之星”的结构)将来可用于提供新颖的疗法或针对人类目标细胞和组织的疫苗。

SDSU生物学系助理教授Nicholas Shikuma一直在实验室里与学生一起研究结核病,以确切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态相关的收缩结构(MACs),即一种类似注射器的结构,可将含量注入到worm虫的幼虫中,从而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。

这项研究(“ 收缩注射系统通过转运蛋白效应物刺激结节虫变态 ”)出现在eLife上,紧随Shikuma实验室最近发表的一篇论文之后发表,该论文发表在6月《Cell Reports》上,该论文研究了这种细菌如何在体外相互作用。与昆虫和老鼠的细胞。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。

许多海洋动物的游泳幼虫会根据特定细菌的存在来确定海底发生变态的位置。尽管这种微生物与动物之间的相互作用对于多种海洋动物的生命周期至关重要,但是从细菌中引起变态的生化线索的类型却一直是个谜。”研究人员在本文中写道。

tube虫线虫幼虫的变态是由一系列噬菌体尾状收缩注射系统诱导的,这些系统由细菌Pseudoalteromonas luteoviolacea释放。在这里,我们确定了新型效应蛋白Mif1。通过冷冻电子断层扫描成像和功能测定,我们观察到Mif1作为收缩注射系统管腔内的货物,并表明mif1基因是诱导变态所必需的。纯化的Mif1在电穿孔进入tube虫幼虫后足以引发变态。我们的结果表明,通过收缩注射系统递送蛋白质效应子可能会在多种情况下协调微生物与动物的相互作用。

Shikuma说:“许多病原体会产生这些通常导致疾病的注射器结构。” “但这是我们第一次发现将注射器用于共生目的的细菌。”

MAC类似于在噬菌体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”了该结构,并使其得到了很好的利用。

“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解释。“ MAC是在细菌经过细胞裂解后形成的,而细菌随后死亡。因此,它就像利他主义一样,因为它有益于其余细菌种群。”

他继续说,并不是该菌株中的每一种细菌都能产生MAC,但50种细菌中只有大约一种会产生MAC。但是,由于我们可以产生数万亿种细菌,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。

Shikuma因其使用MAC传递修饰蛋白的发现而获得了一项临时专利。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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