Skrivnostna molekula prebudi viruse ubijalce

Skrivnostna molekula prebudi viruse ubijalce
Skrivnostna molekula prebudi viruse ubijalce
Anonim

Nekatere črevesne bakterije imajo supermoč - lahko oživijo speče viruse, ki se skrivajo v drugih mikrobih.

»To virusno prebujanje sproži popolne okužbe, ki uničijo celice, ki prenašajo virus,« pravi laboratorij medicinskega inštituta Howard Hughes. Raziskava Emily Balskus je bila objavljena v reviji Nature 23. februarja 2022. Skrivnostna molekula, imenovana kolibaktin, lahko viruse ubijalce prebudi iz mirujočega stanja.

»Mikrobi pogosto ustvarjajo škodljive spojine, a med tem kemičnim orožjem se zdi kolibaktin nenavaden,« pravi Emily Balskus, kemijska biologinja na univerzi Harvard. Pojasnjuje, da kolibaktin ne ubija neposredno tarčnih organizmov, ampak namesto tega spremeni mikrobne celice in aktivira latentne in smrtonosne viruse, skrite v genomih nekaterih bakterij.

Ljudje že dolgo preučujejo močne spojine, ki jih proizvajajo mikrobi. "Veliko vemo o njihovih kemijskih lastnostih, prečistimo jih v laboratoriju in uporabimo kot zdravilo, tudi v obliki antibiotikov," pravi Breck Duerkop, ki preučuje bakterijske viruse na Medicinski fakulteti Univerze v Koloradu.

Znanstveniki že leta vedo, da lahko kolibaktin uniči človeške celice. Raziskava Balskusa in mnogih drugih je pokazala, da spojina poškoduje DNK, kar lahko privede do kolorektalnega raka. Toda vzpostavitev povezave med to spojino in boleznijo se je izkazala za zanimiv proces.

Leta 2006 je francoska skupina poročala, da so celice sesalcev, ki so naletele na črevesno bakterijo E. coli, utrpele smrtno škodo na svoji DNK. Raziskovalci so to poškodbo povezali s skupino genov E.coli, ki kodirajo stroje za gradnjo kompleksne molekule, imenovane kolibaktin. Izredno težko ga je preučevati, ker ga znanstveniki niso mogli izolirati iz E.coli, ki jo proizvaja.

Zadnjih 10 let je ekipa dr. Emily Balskus raziskovala kolibaktin s proučevanjem mikrobnih strojev, ki ga proizvajajo. Uspelo jim je izolirati strukturo kolibaktina, ugotovili so, da poškoduje DNK z tvorbo napačnih vezi v dvojni vijačnici. Kot dopolnitev tega dela so drugi znanstveniki odkrili dokončno povezavo z rakom – značilni prstni odtisi te molekule so se pojavili v genih, za katere je znano, da spodbujajo rast kolorektalnega tumorja.

Image
Image

Emily Balskus

Balskusova raziskava o molekuli kolibaktina se je nadaljevala sredi pandemije COVID-19. Tako kot mnogi drugi laboratoriji je moral tudi njen preurediti stvari, da bi zmanjšal fizični stik med raziskovalci. Kot del mešanja sta dr. Justin Silpe in podiplomski študent Joel Wong prvič sodelovala in razpravljala o tem, kako kolibaktin vpliva na druge mikrobe v črevesju.

Sprva Silpe in Wong nista bila prepričana, ali lahko kolibaktin, tako velika in nestabilna molekula, sploh vstopi v bakterijske celice in poškoduje njihovo DNK. Nato so domnevali, da bi lahko bila vpletena tretja oseba, virusi, ki okužijo bakterije. Ti virusi se lahko vstavijo v DNK bakterij in tiho čakajo. Ko se sprožijo, povzročijo okužbo, ki detonira celico kot mina.

Ko so raziskovalci povečali proizvodnjo kolibaktina skupaj z bakterijami, ki prenašajo latentne viruse, so ugotovili, da se je povečalo število virusnih delcev in zmanjšala rast številnih bakterij, ki vsebujejo virus. To nakazuje, da je molekula sprožila dotok aktivne, ubijajoče celične okužbe. Kolibaktin je vstopil v bakterije in poškodoval njihovo DNK. Ta škoda je kot celični alarm za viruse.

Zdelo se je, da je veliko mikrobov opremljenih za zaščito pred kolibaktinom.

Balskusov laboratorij je identificiral gen za odpornost, ki kodira protein, ki nevtralizira spojino v številnih bakterijah. Čeprav ima kolibaktin očitno nevarno stran, lahko služi kot več kot le smrtonosno orožje. Na primer, tako poškodba DNK kot prebujeni virusi lahko povzročijo genetske spremembe in ne smrt sosednjih bakterij, kar lahko koristi proizvajalcem kolibaktina.

Ugotovitve ekipe Balskusa kažejo, da je rak lahko kolateralna škoda, ki jo povzročajo bakterije, ki proizvajajo kolibaktin. Vedno smo sumili, da so bakterije proizvedle ta toksin, da bi na nek način ciljale na druge bakterije. Ni imelo evolucijskega smisla, da so ga pridobili za ciljanje na človeške celice,« dodaja.

Balskus namerava preučiti, kako spojina spremeni skupnost mikrobov v črevesju – ki po izpostavitvi molekuli izginejo in uspevajo.

»Ključ do preprečevanja raka morda leži v razumevanju učinkov, ki jih ima kolibaktin na mikrobno skupnost in kako je njegova proizvodnja nadzorovana,« je prepričan znanstvenik.

Priporočena: