רעלני מטריה: סוג פורץ דרך של חומרים אנטי-מיקרוביאליים שנמצאו בחיידקי קרקע

חלבונים בצורת מטרייה שהתגלו על ידי מדענים מכוונים והורגים חיידקים ספציפיים, תוך הבטחה לטיפול בזיהומים עמידים.

חוקרים גילו חלקיקי חלבון רעילים, בצורת מטריות, שחיידקי הקרקע הידועים בשם Streptomyces להפריש למתחרים, במיוחד אחרים משלהם מִין.

הגילוי של חלקיקי הרעלן המטריה ומידע קשור על המבנים, הרכבם ואופן הפעולה שלהם פורסמו ב-17 באפריל בכתב העת טֶבַע.

חלבוני רעל המטריה הם הדוגמה האחרונה לפגיעה המגוונת של חיידקים אלה על יריביהם המיקרוסקופיים. קהילות החיידקים הצפופות והמגוונות שבהן הם חיים הם תגרה של התקפות אנטי-מיקרוביאליות, התקפות נגד והגנות.

אנטיביוטיקה ולוחמה בקטריאלית

למרבה האירוניה, אנטיביוטיקות רבות בשימוש קליני נובעות ישירות ממולקולות שחיידקים משתמשים בהן אחת נגד השנייה בסביבת הגידול הטבעית שלהן, או בהשראתן.. Streptomyces' נשק כימי נגד המתחרים שלהם הוא אחד המקורות העשירים ביותר של מולקולות כאלה. ביניהן התרופה הנפוצה ורחב הספקטרום סטרפטומיצין.

מה שהופך את הרעלים האנטיבקטריאליים החדשים האלה לשונים הוא שבניגוד ל Streptomyces' אנטיביוטיקה עם מולקולות קטנות, רעלני מטריה הם קומפלקסים גדולים המורכבים ממספר חלבונים. הם גם הרבה יותר ספציפיים בחיידקים שהם מכוונים אליהם, בהשוואה לאנטיביוטיקה בעלת מולקולות קטנות.

מחברי ה טֶבַע מאמר משער שתכונות אלו של רעלני מטריות מסבירות מדוע הם נמלטו מגילוי במשך יותר מ-100 שנות מחקר על רעלנים המיוצרים על ידי Streptomyces.

ביואינפורמטיקה ומיקרוסקופיה קריו-אלקטרון חושפות תובנות חדשות

גנים המקודדים לרעלני מטרייה נחשפו במקור באמצעות חיפוש ביואינפורמטיקה אחר רעלנים חיידקיים חדשים. בניסויים ביוכימיים וגנטיים בראשות צ'ינקין ז'או במעבדת המיקרוביולוגיה של ג'וזף מוג ב- אוניברסיטת וושינגטון בית הספר לרפואה, למדו המדענים שהרעלים הללו קשורים לחלבונים אחרים בקומפלקס גדול.

מיקרוסקופ קריו-אלקטרון של מתחמי חלבון אלו בוצע על ידי יאנג פארק במעבדתו של דיוויד ויזלר, פרופסור לביוכימיה בבית הספר לרפואה של UW וחוקר המכון הרפואי הווארד יוז.

מחקרים אלו גילו שמתחמי הרעלנים ש-Qinqin בודדו מקבלים מראה מדהים כיאה לגילוים בסיאטל. הם נראים כמו מטריות.

מבנה ייחודי וספציפיות

"צורתם של החלקיקים האלה די מוזרה, ויהיה מעניין בעבודה עתידית ללמוד כיצד המורפולוגיה הבלתי רגילה שלהם עוזרת להם לחסל חיידקי מטרה", ציין מוגוס, פרופסור למיקרוביולוגיה בבית הספר לרפואה של UW וחוקר רפואי הווארד יוז .

לאחר מכן ביקשו המדענים לקבוע את המטרות של הרעלים הללו על ידי בדיקת השפעותיהם על כל אורגניזם שהם יכולים להעלות על הדעת, מפטריות ועד 140 חיידקים שונים, כולל כמה שנלקחו מצמחי סורגום במעבדתו של מחבר המחקר דווין קולמן מאוניברסיטת קליפורניה. ברקלי והשירות למחקר חקלאי של משרד החקלאות האמריקאי. .

בין יריבים פוטנציאליים אלה, הרעלים כוונו במיוחד לאחיהם שלהם: אחרים Streptomyces מִין.

"אנחנו חושבים שהספציפיות המעולה הזו עשויה להיות בגלל החלבונים המרכיבים את החישורים של המטריה, המשתנים בין החלקיקים. אלה כוללים חלבונים שעשויים להיצמד לסוכרים ספציפיים שנמצאו על פני השטח של חיידקים מתחרים", הגיב מחבר המחקר ס. ברוק פיטרסון, מדען בכיר במעבדת Mougos.

על ידי ניתוח של אלפי גנומים חיידקיים הזמינים לציבור, מחברי המחקר דפנג ז'אנג מאוניברסיטת סנט לואיס ותלמידו לתואר שני Youngjun Tan גילו שלמיני חיידקים רבים אחרים יש גם את הגנים לייצור רעלני חלקיקי מטריה. מעניין לציין שכולם יוצרים חוטים מסועפים, אופן צמיחה יוצא דופן בקרב חיידקים.

יישומים קליניים פוטנציאליים והשלכות רחבות יותר

בנוסף לשאלות הרבות שנותרו להן תשובות לגבי הביולוגיה הבסיסית של חלקיקי רעלן מטריות, מוגוס ועמיתיו מסוקרנים מהיישומים הקליניים הפוטנציאליים שלהם.

הם חושדים שהחיידקים הגורמים לשחפת ודיפתריה עשויים להיות רגישים לרעלני מטריות. הם מציינים שאותם חיידקים הפכו עמידים לאנטיביוטיקה מסורתית. חלקיקי רעלן מטרייה עשויים להיות ראויים לחקור, הציעו המדענים, על הפוטנציאל שלהם להכניע את החיידקים הגורמים למחלות חמורות אלה.

המחקר נתמך על ידי המרכז לאינטראקציות מיקרוביאליות ומיקרוביום באוניברסיטת וושינגטון, אותו מנהל Mougos כבעל הקתדרה ללימודי גסטרואנטרולוגיה של Lynn M. ומייקל D. Garvey. המטרה של mim_c היא לזרז את מחקר המיקרוביום בצפון-מערב האוקיינוס ​​השקט, עם דגש על הגדרת המנגנונים המולקולריים של אינטראקציות בין-בקטריאליות העומדות בבסיס קהילות מיקרוביאליות החשובות לבריאות האדם או לסביבה.

המחקר של חלקיקי רעלן מטריה מומן גם על ידי תוכנית הטכנולוגיה הביולוגית של הסוכנות לפרויקטי מחקר מתקדמים של Defense Advanced Research: רתימת פעילות אנזימטית לתרופות מצילות חיים (9HR0011-21-0012), המכון הלאומי לאלרגיה ומחלות זיהומיות (75N93022C00036), מחקר רפואי של Pew תוכנית, פרס חוקרים בפתוגנזה של מחלות זיהומיות מקרן Burroughs Wellcome, UW Arnold and Mabel Beckman cryo-EM Center, המכונים הלאומיים לבריאות S100DO32290, קרן ההפעלה של אוניברסיטת סנט לואיס, משרד החקלאות האמריקאי (CRIS 2030-21430-0080OD), וה-USDA-NIFA (2019-67019-29306). המחקר הוא תרומה של המעבדה הלאומית של צפון-מערב Pacific Secure Biosystems Design Area: Conistence Control Engineered Functions in Complex Soil Microbiomes (חוזה של משרד האנרגיה האמריקאי DE-AC05-76RL01830).