محققان نشان می دهد که مکانیسم های پشت طبیعی باکتری قاتل

دانشمندان یک گام نزدیک تر به تطبیق باکتری ها-کشتن قدرت به طور طبیعی اتفاق می افتد nanomachine کوچک ذرات است که انجام یک عمل مکانیکی است.

در یک مطالعه منتشر شده در طبیعت یک UCLA-رهبری تیم از محققان توضیح nanomachine به رسمیت می شناسد و باکتری ها و گزارش آنها که تصویربرداری آن در اتمی قطعنامه. دانشمندان همچنین مهندسی نسخه های خود را از nanomachine که آنها را قادر به تولید تغییرات که رفتار متفاوت از این به طور طبیعی اتفاق می افتد نسخه.

تلاش های خود را در نهایت می تواند منجر به توسعه انواع جدیدی از آنتی بیوتیک ها هستند که قادر به homing در گونه های خاص از میکروب است. داروهای طراحی شده برای کشتن تنها برخی از گونه یا سویه از باکتری می تواند ارائه مزایای متعدد بیش از متعارف آنتی بیوتیک ها از جمله کاهش احتمال که باکتری ها را توسعه مقاومت است. علاوه بر این متناسب با مواد مخدر می تواند به از بین بردن سلول های مضر را بدون پاک کردن مفید اشکالات در میکروبیوم روده و آنها در نهایت می تواند ارائه امکانات از اعزام به جلوگیری از عفونت های باکتریایی به کشتن عوامل بیماری زا در مواد غذایی و به مهندس انسان microbiomes به طوری که مطلوب رشد باکتری.

ذرات در این مطالعه یک تحقیق از نوع pyocin یک پروتئین پیچیده منتشر شده توسط باکتری سودوموناس آئروژينوزا به عنوان راهی برای تخریب میکروب است که با آن رقابت برای منابع است. هنگامی که یک pyocin شناسایی یک رقیب باکتری آن کشت باکتری توسط پانچ یک سوراخ در غشای سلول. سودوموناس آئروژينوزا اغلب باعث از بیمارستان به دست آورد بیماری است که در خاک یافت می شود در آب و در تازه تولید کند. جوانه است که معمولا مورد مطالعه و زیست شناسی آن است که به خوبی درک شده است.

رعایت pyocin را ساختار مولکولی — در تنظیمات آن هر دو قبل و بعد از آن سوراخ پانچ — فعال دانشمندان به شکل مکانیسم است که توسط آن به رسمیت می شناسد خود را طعمه و باعث قتل آن ضربه.

► مرتبط: UCLA nanoscientists اول به مدل اتمی سازه های سه باکتریایی nanomachines

این تحقیقات می افتد تحت پرچم یک رشته به نام bioinspired مهندسی است که با هدف توسعه تکنولوژی است که نشانه های طراحی خود را از طبیعت است. نتایج این مطالعه جدید می تواند کمک به توسعه هدفمند آنتی بیوتیک ها بر اساس یک pyocin.

"اگر شما سعی به طراحی یک pyocin از ابتدا, شما احتمالا نمی تواند آن را انجام دهد" گفت: Z. هنگ ژو مطالعه co-نويسنده مسئول و دانشکده مدیر الکترون مرکز تصویربرداری برای Nanomachines در کالیفرنیا NanoSystems موسسه در UCLA. "این خوب است برای یادگیری از طبیعت به دلیل طبیعت را توسعه داده و آزمایش این سیستم بیش از میلیاردها سال. که باید کمک به ما از مهندسی نبوده است."

با همکارانش ژو — که او نیز یک UCLA استاد میکروبیولوژی, ایمونولوژی و ژنتیک مولکولی — با استفاده از دو فن آوری های تصویربرداری: X-ray کریستالوگرافی که نشان می دهد ساختار متبلور مولکول ها با استفاده از اشعه ایکس و ابررساناها-ميکروسکوپ الکترونی که به شکل تصاویر با تشخیص الکترون بازگشت از منجمد نمونه. این تیم بود که با کمک پیشرفت های اخیر در میکروسکوپ الکترونی از جمله بالاتر-دوربین های سرعت است که به طور مستقیم تشخیص الکترون ها; نسخه های قبلی از روش شناسایی الکترون ها به طور غیر مستقیم و به عنوان نتیجه با جزئیات کمتر.

به عنوان شرح داده شده در مطالعه pyocins ظرافت ساده و خاص ماشین آلات کشتار.

تحقیقات قبلی توسط رهبران مطالعه جدید توصیف pyocin کلی ساختار البته در جزئیات کمتر. بزرگترین بخشی از یک pyocin یک تنه استوانه ای متشکل از یک غلاف بیرونی که در اطراف یک لوله داخلی — بخشی که سوراخ است. در پایین تنه است baseplate با شش بیرون زده پیچک. زمانی که nanomachine برخورد یک سلول باکتری, آن در اراضی تلفن و پیچک اتصال به سازه های خاص در سلول های سطحی.

در مقاله جدید دانشمندان توضیح داده شده برای اولین بار در شش رشته یقه در بالای pyocin تنه که متصل غلاف و تیوب و مهم است که برای انتقال انرژی در فرآیند تحریک pyocin.

آخرین مطالعه نیز ارائه شده که قبلا ناشناخته اطلاعات در مورد عمل مکانیکی است که طول می کشد که یک pyocin باعث شده است: زمانی که حداقل سه نفر از شش پیچک اتصال به سطح سلول باکتری های pyocin به رسمیت می شناسد که همراه است با نوع خاصی از باکتری به معنای آن است که برای حمله به. که در آن نقطه پیچک لنگر pyocin به سلول و باعث baseplate به اسپل کردن. این به نوبه خود باعث غلاف بیرونی به سقوط رانندگی لوله داخلی پایین و در سطح سلول هدف.

فراتر از آسیب سوراخ خود تیوب leaches انرژی از سلول باکتری که باعث می شود سلول به مرگ — جزئیات قبلا نازل شده توسط محققان.

"این یک سیستم مکانیکی که کاملأ پیچیده تنظیم برای زن و شوهر خاص به رسمیت شناختن یک هدف همراه با استقرار آن ضربه کشنده" گفت: co-نویسنده مسئول جف F. Miller, UCLA فرد Kavli استاد NanoSystems علوم و مدیر CNSI. "درک که چگونه سیستم ساخته شده است و چگونه فعالیت خود را تحت کنترل است که می تواند مورد استفاده برای ایجاد انواع جدیدی از nanomachines."

با استفاده از استاندارد روش های زیست شناسی مولکولی برای تغییر DNA سودوموناس آئروژينوزا محققان مهندسی تنوع pyocin. در میان تغییرات شد و نسخه های که در آن باعث شد بیشتر یا کمتر حساس به ساختار در سطح هدف اش باکتری و محیط زیست آن است. برای مثال تنظیمات خاصی اجازه nanomachine برای غلبه بر آسیب پذیری خود را به محیط های اسیدی. در طبیعت pyocin به طور خودکار باعث زمانی که در معرض pH برابر با 3.4 در مورد اسیدیته واب اما نسبت به نسخه کمتر از مهندسی pyocins باعث شده که سطح pH.

توانایی برای تنظیم حساسیت pyocin است باعث اثرات آنتی بیوتیک ها است که در نهایت می تواند توسعه یافته بر اساس مطالعه: کشنده عفونت سیستمیک ممکن است در دیدار با "looser" ماشه که تبعیض قائل نیست تا آنجا که در آن باکتری ذرات حملات در حالی که بیشتر تبعیض آمیز باعث تابع می تواند مورد استفاده برای هدف خاصی روده عفونت بدون ایجاد خسارت به میکروبیوم.

یک دانشمند از Pylum Biosciences جنوبی سان فرانسیسکو مبتنی بر راه اندازی cofounded توسط میلر شرکت در پژوهش. Pylum مهندسی و کلاس های مختلف از pyocins به عنوان پایه ای برای توسعه روش های درمانی است که تنها حمله گونه های خاص از باکتری ها در حالی که غلبه بر مقاومت آنتی بيوتيکی و جلوگیری از آسیب به میکروب های مفید. یکی از این درمان به دقت اهداف یک باکتری است که باعث کولیت. درمان آزمایش شده در آزمایشگاه و بالینی در مدل های حیوانی و بالینی در بیماران انسانی هستند که برنامه ریزی شده است.

این مطالعه برای اولین بار نویسنده این است که دانشگاه UCLA پنگ Ge مدیر فنی الکترون مرکز تصویربرداری برای Nanomachines. دیگر نویسندگان عبارتند از سابق UCLA در مقطع کارشناسی Jaycob Avaylon سابق UCLA graduate student Ke دینگ دین شول از Pylum Biosciences و پتر Leiman از دانشگاه پزشکی تگزاس شعبه دارد.

این پژوهش با حمایت موسسه ملی بهداشت ملی سوئیس بنیاد علمی و Kavli پایه و اساس است. تصویربرداری انجام شد در الکترون مرکز تصویربرداری برای Nanomachines است که بودجه بهداشت و بنیاد ملی علوم.