Mystisk molekyl vekker drepende virus

Mystisk molekyl vekker drepende virus
Mystisk molekyl vekker drepende virus
Anonim

Noen tarmbakterier har en superkraft – de kan gjenopplive sovende virus som lurer i andre mikrober.

«Denne virale oppvåkningen slipper løs infeksjoner som ødelegger virusbærende celler,» sier Howard Hughes Medical Institute-laboratoriet. Emily Balskus' forskning ble publisert i tidsskriftet Nature 23. februar 2022. Et mystisk molekyl k alt colibactin kan vekke drepende virus fra en sovende tilstand.

"Mikrober genererer ofte skadelige forbindelser, men blant disse kjemiske våpnene virker kolibaktin uvanlig," sier Emily Balskus, en kjemisk biolog ved Harvard University. Hun forklarer at kolibaktin ikke direkte dreper målorganismer, men i stedet endrer mikrobielle celler, aktiverer latente og dødelige virus skjult i genomet til noen bakterier.

Folk har lenge studert de kraftige forbindelsene som mikrober produserer. – Vi vet mye om deres kjemiske egenskaper, renser dem i laboratoriet og bruker dem som medisin, blant annet i form av antibiotika, sier Breck Duerkop, som studerer bakterievirus ved University of Colorado School of Medicine.

Forskere har visst i årevis at kolibaktin kan ødelegge menneskelige celler. Forskning fra Balskus og mange andre har vist at forbindelsen skader DNA, noe som kan føre til tykktarmskreft. Men å etablere koblingen mellom denne forbindelsen og sykdommen viste seg å være en interessant prosess.

I 2006 rapporterte et fransk team at pattedyrceller som møtte tarmbakterien E. coli fikk dødelig skade på deres DNA. Forskerne knyttet denne skaden til en klynge av E.coli-gener som koder for maskineri for å bygge et komplekst molekyl k alt colibactin. Det er ekstremt vanskelig å studere fordi forskere ikke har klart å isolere det fra E.coli som produserer det.

I de siste 10 årene har teamet til Dr. Emily Balskus forsket på kolibactin ved å studere det mikrobielle maskineriet som produserer det. De var i stand til å isolere strukturen til kolibaktin, fant ut at det skader DNA ved å danne feil bindinger i dobbelthelixen. I tillegg til dette arbeidet avdekket andre forskere en definitiv kobling til kreft – molekylets karakteristiske fingeravtrykk dukket opp i gener som er kjent for å stimulere kolorektal tumorvekst.

Image
Image

Emily Balskus

Balskus' forskning på kolibaktinmolekylet fortsatte midt i COVID-19-pandemien. Som mange andre laboratorier, måtte hennes omorganisere ting for å redusere fysisk kontakt mellom forskere. Som en del av stokkingen endte Dr. Justin Silpe og doktorgradsstudent Joel Wong opp med å samarbeide for første gang, og diskuterte hvordan kolibaktin påvirker andre mikrober i tarmen.

Til å begynne med var Silpe og Wong ikke sikre på om kolibaktin, et så stort og ustabilt molekyl, til og med kunne komme inn i bakterieceller for å skade deres DNA. De antok da at en tredjepart, virus som infiserer bakterier, kan være involvert. Disse virusene kan sette seg inn i DNA-et til bakterier og ligge stille og vente. Når de er utløst, forårsaker de en infeksjon som detonerer cellen som en mine.

Da forskerne økte produksjonen av kolibaktin, sammen med bakterier som bærer latente virus, fant de ut at antallet viruspartikler økte og veksten av mange virusholdige bakterier avtok. Dette tyder på at molekylet utløste en tilstrømning av aktiv, drepende celleinfeksjoner. Colibactin kom inn i bakteriene og skadet deres DNA. Denne skaden er som en mobilvekker for virus.

Mange av mikrobene virket utstyrt for å beskytte seg mot kolibaktin.

Balskus' laboratorium identifiserte et resistensgen som koder for et protein som nøytraliserer forbindelsen i en lang rekke bakterier. Selv om kolibaktin helt klart har en farlig side, kan det tjene som mer enn bare et dødelig våpen. For eksempel kan både DNA-skade og våkne virus også indusere genetiske endringer i stedet for død hos nabobakterier, noe som potensielt kan være til fordel for kolibaktinprodusenter.

Balskus teams funn tyder på at kreft kan være sideskade forårsaket av kolibaktinproduserende bakterier. Vi har alltid mistenkt at bakterier produserte dette giftstoffet for å målrette mot andre bakterier på en eller annen måte. Det ga ikke evolusjonær mening at de anskaffet det for å målrette menneskeceller, legger hun til.

Balskus planlegger å studere hvordan forbindelsen endrer fellesskapet av mikrober i tarmen – som forsvinner og som trives etter eksponering for molekylet.

"Nøkkelen til å forebygge kreft kan ligge i å forstå effektene som kolibaktin har på det mikrobielle samfunnet og hvordan produksjonen kontrolleres," mener forskeren.

Anbefalt: