注入蛋白質(zhì)的死星細(xì)菌的結(jié)構(gòu)可以用來(lái)輸送藥物

圣地亞哥州立大學(xué)的研究人員通過(guò)從圣地亞哥港口的船底刮下管蟲(chóng)來(lái)研究管蟲(chóng)，發(fā)現(xiàn)幫助管蟲(chóng)建立菌落的有益菌也能給人類健康帶來(lái)好消息，因?yàn)橥瑯拥倪^(guò)程可能也發(fā)生在人類的腸道中。

SDSU的海洋微生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這種被戲稱為死星的細(xì)菌所產(chǎn)生的納米注射器狀結(jié)構(gòu)，可以用來(lái)在未來(lái)提供針對(duì)人類目標(biāo)細(xì)胞和組織的新療法或疫苗。

管蟲(chóng)是一種微小的海洋生物，外殼堅(jiān)硬，給船東帶來(lái)很多麻煩和經(jīng)濟(jì)損失。它們粘附在船底，形成幾英寸厚的堅(jiān)硬外殼，吸引其他無(wú)脊椎動(dòng)物，如藤壺，然后在它們身上形成。這種所謂的“生物污垢”會(huì)導(dǎo)致額外的重量和更高的油耗。因此，從美國(guó)海軍到航運(yùn)業(yè)和造船業(yè)的每個(gè)人都有興趣知道他們?nèi)绾巫龅竭@一點(diǎn)，以及他們可以采取什么措施來(lái)防止這種情況發(fā)生。

對(duì)海洋的研究帶來(lái)了重大發(fā)現(xiàn)。

圣地亞哥州立大學(xué)的Nicholas Shikuma在他的實(shí)驗(yàn)室里和學(xué)生們一起研究了管蟲(chóng)很多年，以找出它們?yōu)槭裁磿?huì)被海洋中的一些地方吸引，并在那里建立了殖民地。

此前的研究表明，像珊瑚礁、海膽和海松鼠一樣，管蟲(chóng)需要一個(gè)有利的環(huán)境才能重現(xiàn)，所以它們通常會(huì)吸引有益的細(xì)菌，這些細(xì)菌會(huì)像細(xì)菌一樣與健康的人交替出現(xiàn)。Shikuma發(fā)現(xiàn)細(xì)菌具有與變態(tài)相關(guān)的收縮結(jié)構(gòu)(MACs)——注射器狀結(jié)構(gòu)，將內(nèi)含物注入管蟲(chóng)幼蟲(chóng)體內(nèi)，幫助其轉(zhuǎn)化為幼蟲(chóng)。

他和其他科學(xué)家不知道的是，MAC是否在管蟲(chóng)體內(nèi)注入了一種生化物質(zhì)，引起了變態(tài)，粘在了船體上。Shikuma的實(shí)驗(yàn)室利用低溫電子斷層掃描研究了這種結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了由細(xì)菌釋放的死星注射系統(tǒng)陣列。

他們發(fā)現(xiàn)注射器結(jié)構(gòu)中含有一種新的效應(yīng)蛋白Mif1，可以調(diào)節(jié)管蟲(chóng)宿主的生物活性，而這種蛋白正是導(dǎo)致變態(tài)的原因。

“許多病原體可以產(chǎn)生這些注射器結(jié)構(gòu)，這通常會(huì)導(dǎo)致疾病，”Shikuma說(shuō)?！暗@是我們第一次發(fā)現(xiàn)細(xì)菌與注射器共生?！?

從噬菌體那里偷注射器，但有充分的理由。

MAC類似于在噬菌體上發(fā)現(xiàn)的類似注射器結(jié)構(gòu)——感染細(xì)菌的病毒——隨著進(jìn)化，細(xì)菌從噬菌體上“偷走”了這種結(jié)構(gòu)，并很好地利用了它。

“噬菌體通常會(huì)攻擊細(xì)菌和這些結(jié)構(gòu)，但不會(huì)用來(lái)感染其他細(xì)菌。這種偽交替現(xiàn)在使用它與其他動(dòng)物的細(xì)胞相互作用，如管蟲(chóng)、昆蟲(chóng)和老鼠，”Shikuma說(shuō)。

“當(dāng)細(xì)菌經(jīng)歷細(xì)胞裂解——細(xì)胞自我膨脹——然后死亡的細(xì)菌死亡時(shí)，就產(chǎn)生了MACs，所以這幾乎就像利他主義，因?yàn)樗鼘?duì)其他細(xì)菌群體有益。”

他解釋說(shuō)，并不是這種菌株中的每一種細(xì)菌都會(huì)產(chǎn)生Macs，只有大約50%的細(xì)菌會(huì)產(chǎn)生Macs，但既然我們可以產(chǎn)生數(shù)萬(wàn)億個(gè)這樣的細(xì)菌，那么供應(yīng)就不會(huì)成為問(wèn)題，更多的細(xì)菌可以用來(lái)產(chǎn)生MACs。

研究結(jié)果將于9月17日發(fā)表在《eLife》雜志上，隨后是今年6月發(fā)表在《細(xì)胞報(bào)告》(Cell Reports)上的Shikuma Laboratory的最新出版物，該出版物研究了這種細(xì)菌如何在體外與昆蟲(chóng)和小鼠細(xì)胞相互作用。本文展示了如何利用可能包含治療劑或疫苗的有效載荷來(lái)修改微型注射器結(jié)構(gòu)。

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