Νέες εικόνες αποκαλύπτουν λεπτομέρειες από τις μοριακές σύριγγες δύο βακτηρίων
März 30, 2022Μερικά βακτήρια φέρουν μικροσκοπικές σύριγγες γεμάτες με χημικές ουσίες που μπορεί να αραιώσουν τους ανταγωνιστές ή να ανατρέψουν τους θηρευτές. Τώρα, οι ερευνητές έχουν λάβει από κοντά αυτές τις σύριγγες, τεχνικά γνωστές ως συσταλτικά συστήματα έγχυσης, από έναν τύπο κυανοβακτηρίων και ένα θαλάσσιο βακτήριο.
Το να καταλάβουμε πώς λειτουργούν βασικά μέρη των μοριακών σύριγγων μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να επινοήσουν τις δικές τους νανομηχανές. Τα μηχανήματα τεχνητής έγχυσης θα μπορούσαν να κατευθύνουν τα αντιβιοτικά ενάντια στα ενοχλητικά βακτήρια, ενώ αφήνουν ανέγγιχτα τα φιλικά μικρόβια.
Γονίδια που κωδικοποιούν κομμάτια του μηχανήματος έγχυσης βρίσκονται σε πολλά βακτηριακά είδη. Όμως, «απλώς κοιτάζοντας τα γονίδια, είναι αρκετά δύσκολο να προβλεφθεί πώς λειτουργούν αυτά τα συσταλτικά συστήματα έγχυσης», λέει ο Gregor Weiss, ένας κυτταρικός δομικός βιολόγος στο ETH Zurich.
Έτσι, ο Weiss και οι συνεργάτες του εξέτασαν βακτηριακές σύριγγες χρησιμοποιώντας κρυοηλεκτρονική μικροσκοπία, στην οποία τα κύτταρα καταψύχονται για να συλλάβουν τις κυτταρικές δομές όπως συνήθως φαίνονται στη φύση (SN: 22/6/17).
Προηγουμένως, οι ερευνητές είχαν βρει σύριγγες αγκυρωμένες στις εξωτερικές μεμβράνες ορισμένων βακτηρίων, όπου τα βακτήρια μπορούν να εκτοξεύσουν το ωφέλιμο φορτίο τους στα κύτταρα στα οποία προσκρούουν. Οι εγχυτήρες άλλων ειδών εκτοξεύουν το περιεχόμενό τους στο περιβάλλον.
Αλλά σε έναν τύπο κυανοβακτηρίων που ονομάζεται Anabaenaοι σύριγγες βρίσκονται σε ένα ασυνήθιστο μέρος, φωλιασμένο στη μεμβράνη της εσωτερικής δομής όπου τα βακτήρια πραγματοποιούν φωτοσύνθεσηαναφέρουν ο Weiss και οι συνεργάτες του τον Μάρτιο Μικροβιολογία της Φύσης. Θαμμένος μέσα στα κελιά, «είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς πώς [the syringes] θα μπορούσε να βγει και να αλληλεπιδράσει με τον οργανισμό-στόχο», λέει ο Weiss.
Anabaena μπορεί να χρησιμοποιήσει τις σύριγγες του εναντίον του για να πυροδοτήσει προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο όταν τα κυανοβακτήρια βρίσκονται υπό πίεση. Στα πειράματα της ομάδας, το υπεριώδες φως ή τα υψηλά επίπεδα αλατιού στο νερό ώθησαν ορισμένες σύριγγες να απορρίψουν το ωφέλιμο φορτίο τους. Αυτό οδήγησε στο θάνατο ορισμένων Anabaena κύτταρα στις μακριές αλυσίδες στις οποίες αναπτύσσονται τα κυανοβακτήρια, σχηματίζοντας κούφια «κύτταρα-φαντάσματα».
Τα κύτταρα-φαντάσματα απορρίπτουν το εξωτερικό τους τοίχωμα και τη μεμβράνη, εκθέτοντας τις μη πυροδοτημένες σύριγγες στην εσωτερική μεμβράνη προς τα έξω. Τα φαντάσματα μπορεί να ενεργούν σαν δούρειοι ίπποι, παραδίδοντας το θανατηφόρο φορτίο τους σε αρπακτικά ή ανταγωνιστές, υποθέτει η ομάδα. Οι ερευνητές δεν έχουν βρει ακόμη ποιους οργανισμούς είναι οι πιθανοί στόχοι Anabaena‘σύριγγες.
Μέσα σε ένα είδος θαλάσσιου βακτηρίου που ονομάζεται Algoriphagus machipongonensis, η ιστορία είναι λίγο διαφορετική. Εδώ, οι σύριγγες έχουν διαφορετική αρχιτεκτονική και επιπλέουν χωρίς αγκυροβολία μέσα στο βακτηριακό κύτταροο Charles Ericson και οι συνεργάτες του ETH Ζυρίχης αναφέρουν τον Μάρτιο Μικροβιολογία της Φύσης. Οι εγχυτήρες βρίσκονται επίσης στο υγρό στο οποίο αναπτύσσονται τα βακτήρια στο εργαστήριο, αλλά το πώς βγαίνουν από το κύτταρο είναι ένα μυστήριο. Ίσως απελευθερώνονται όταν τα βακτήρια πεθαίνουν ή τρώγονται από ένα αρπακτικό, λέει ο Ericson.
Η ομάδα βρήκε επίσης δύο πρωτεΐνες φορτωμένες μέσα στο Αλγοριφάγος σύριγγες, αλλά τι κάνουν αυτές οι πρωτεΐνες δεν είναι γνωστό. Οι ερευνητές προσπάθησαν με γενετική μηχανική Ε. coli να παράγει μία από τις πρωτεΐνες, αλλά σκοτώνει τα βακτήρια, λέει ο συν-συγγραφέας της μελέτης Jingwei Xu, επίσης στο ETH της Ζυρίχης.
Συγκρίνοντας τις δομές των συριγγών από διάφορα είδη, οι ερευνητές εντόπισαν ορισμένες δομές εντός των μηχανών που είναι παρόμοιες, αλλά ελαφρώς διαφορετικές από είδος σε είδος. Η εκμάθηση του τρόπου με τον οποίο αυτές οι τροποποιήσεις αλλάζουν τον τρόπο με τον οποίο λειτουργούν οι εγχυτήρες μπορεί να επιτρέψει στους ερευνητές να φορτώσουν διαφορετικά φορτία στους σωλήνες ή να στοχεύσουν τις σύριγγες εναντίον συγκεκριμένων βακτηρίων ή άλλων οργανισμών. «Τώρα έχουμε το γενικό σχέδιο», λέει ο Έρικσον, «μπορούμε να το ανασχεδιάσουμε;»
