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DNA释放细菌对超级细菌如何获得耐药性产生了新见解

印第安纳州布卢明顿市-印第安纳大学的一项新研究表明,蛋白质在帮助细菌将其周围环境中的DNA卷入中的作用是前所未有的,就像一个渔夫从海洋中捞出的捕获物一样。

这项发现是由IU发明的一种新的成像方法得以实现的,该方法使科学家首次看到细菌如何利用其长而活动的附属物(称为菌毛)结合环境中的DNA或“鱼叉”。这项新研究于10月18日发表在《PLOS Genetics》杂志上,重点关注它们如何吸引人。

通过揭示该过程涉及的机制,该研究的作者说,研究结果可能有助于加快研究停止细菌感染的新方法。

助理教授Ankur Dalia说:“抗生素的抗药性问题与这项工作非常相关,因为菌毛结合并“吸收” DNA的能力是细菌进化阻止现有药物的主要方法之一。是该研究的资深作者,位于IU布卢明顿艺术与科学学院生物系。“对这种“爬行”活动的更好理解可以帮助制定策略来阻止这种活动。”

吞噬并整合来自环境的遗传物质的行为-被称为自然转化-是一个进化过程,细菌通过该过程整合了其他微生物的特定特征,包括传达抗生素抗性的基因。

由于过度使用现有的抗生素会加快传染性生物进化以超过这些药物的速度,因此对阻止细菌感染的新方法的需求正在增长,这导致世界迅速失去有效的治疗方法。到2050年,据估计每年有1000万人死于抗药性。

达莉亚说,尽管在显微镜下它们看起来像是微小的手臂,但菌毛实际上更像是一种竖立的竖立装置,该竖立装置被迅速放在一起并一遍又一遍地撕下。结构中的每个“片段”都是称为主要菌毛蛋白的蛋白质亚基,该蛋白亚基组装成称为菌毛纤维的细丝。

博士学位的Jennifer Chlebek补充说:“以前有两个主要的电动机参与了该聚合和解聚过程。达利娅实验室的学生,领导了这项研究。“在这项研究中,我们表明解聚过程涉及第三种电机,并且我们开始阐明其工作原理。”

控制菌毛活性的两个先前表征的“马达”是构建菌毛的蛋白PilB和解构菌毛的PilT。这些马达通过利用ATP(一种细胞能量来源)运行。在这项研究中,IU研究人员表明,停止此过程(关闭PilT的电源)并不能像先前所认为的那样防止菌毛缩回。

相反,他们发现,即使PilT处于非活动状态,第三个运动蛋白PilU也可以促进菌毛回缩,尽管这种回缩的速度要慢五倍。研究人员还发现,关闭两种回缩蛋白的电源都会使回缩过程减慢到50倍的艰苦速度。不变的菌毛以每秒五分之一微米的速度缩回。

此外,研究发现,关闭PilU会影响菌毛回缩的强度,布鲁克林学院的合作者对此进行了测量。这项研究还表明,PilU和PilT不会形成“混合”运动,而是这两个独立的运动以某种方式相互协调以介导纤毛回缩。

Chlebek补充说:“虽然PilU蛋白以前与菌毛活性有关,但由于缺乏这种蛋白的细胞通常只具有非常微妙的作用,因此很难确定其确切作用。”“当我们在PilT电机上扳动扳手时,我们观察到PilU可以支持突变菌株中的菌毛回缩,这是解锁这种蛋白质如何帮助菌毛解聚的关键。”

通过在显微镜下观察菌毛的能力,可以精确测量菌毛的收缩率,从而精确测量改变影响这一过程的蛋白质的影响,直到发明了突破性的成像方法之后,才有可能在IU。

达莉亚说:“荧光染色菌毛的能力是巨大的。”“它使我们不仅可以看到菌毛的活动,而且可以用过去根本不可能的方式对其进行测量。”

接下来,Clebek旨在更多地了解关闭两个回缩电机电源时菌毛仍如何缩回的方法,并探索这些见解如何应用于理解其他细菌菌株中的菌毛活性。

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