注入蛋白質(zhì)的死星細菌的結(jié)構(gòu)可以用來輸送藥物

圣地亞哥州立大學(xué)的研究人員通過從圣地亞哥港口的船底刮下管蟲來研究管蟲，發(fā)現(xiàn)幫助管蟲建立菌落的有益菌也能給人類健康帶來好消息，因為同樣的過程可能也發(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菌所產(chǎn)生的納米注射器狀結(jié)構(gòu)，可以用來在未來提供針對人類目標(biāo)細胞和組織的新療法或疫苗。

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

對海洋的研究帶來了重大發(fā)現(xiàn)。

圣地亞哥州立大學(xué)的Nicholas Shikuma在他的實驗室里和學(xué)生們一起研究了管蟲很多年，以找出它們?yōu)槭裁磿缓Ｑ笾械囊恍┑胤轿?，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，管蟲需要一個有利的環(huán)境才能重現(xiàn)，所以它們通常會吸引有益的細菌，這些細菌會像細菌一樣與健康的人交替出現(xiàn)。Shikuma發(fā)現(xiàn)細菌具有與變態(tài)相關(guān)的收縮結(jié)構(gòu)(MACs)——注射器狀結(jié)構(gòu)，將內(nèi)含物注入管蟲幼蟲體內(nèi)，幫助其轉(zhuǎn)化為幼蟲。

他和其他科學(xué)家不知道的是，MAC是否在管蟲體內(nèi)注入了一種生化物質(zhì)，引起了變態(tài)，粘在了船體上。Shikuma的實驗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)，這通常會導(dǎo)致疾病，”Shikuma說?！暗@是我們第一次發(fā)現(xiàn)細菌與注射器共生?！?

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)——感染細菌的病毒——隨著進化，細菌從噬菌體上“偷走”了這種結(jié)構(gòu)，并很好地利用了它。

“噬菌體通常會攻擊細菌和這些結(jié)構(gòu)，但不會用來感染其他細菌。這種偽交替現(xiàn)在使用它與其他動物的細胞相互作用，如管蟲、昆蟲和老鼠，”Shikuma說。

“當(dāng)細菌經(jīng)歷細胞裂解——細胞自我膨脹——然后死亡的細菌死亡時，就產(chǎn)生了MACs，所以這幾乎就像利他主義，因為它對其他細菌群體有益?！?

他解釋說，并不是這種菌株中的每一種細菌都會產(chǎn)生Macs，只有大約50%的細菌會產(chǎn)生Macs，但既然我們可以產(chǎn)生數(shù)萬億個這樣的細菌，那么供應(yīng)就不會成為問題，更多的細菌可以用來產(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《細胞報告》(Cell Reports)上的Shikuma Laboratory的最新出版物，該出版物研究了這種細菌如何在體外與昆蟲和小鼠細胞相互作用。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修改微型注射器結(jié)構(gòu)。

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