Bacteriile kamikaze explodează în explozii de toxine letale

Nevoile celor mulți… —

Dacă faci o toxină suficient de mare, este dificil să o scoți din celule.

Formele de viață fără creier sunt capabile de unele lucruri uluitoare. Ar putea suna ca un combustibil de coșmar SF, dar unele bacterii pot duce un război chimic kamikaze.

Bacterii patogene ne imbolnavesc secretand toxine. În timp ce eliberarea de molecule de toxine mai mici este bine înțeleasă, metodele de eliberare a moleculelor de toxine mai mari ne-au ocolit până acum. Cercetătorul Stefan Raunser, directorul Institutului Max Planck de Fiziologie Moleculară, și echipa sa au aflat în sfârșit cum insectele patogene Yersinia entomophaga (care atacă gândacii) își eliberează toxina cu moleculă mare.

Ei au descoperit că „celulele soldaților” desemnate se sacrifică și explodează pentru a distribui otrava în interiorul victimei lor. „YenTc pare a fi primul exemplu de toxină antieucariotă care utilizează acest tip nou stabilit de sistem de secreție”, au spus cercetătorii într-un studiu publicat recent în Nature.

Tăcut și mortal

Y. entomophaga face parte din Yersinia gen, rude ale bacteriilor ciumei, care produc ceea ce sunt cunoscute sub numele de toxine Tc. Moleculele lor sunt uriașe în ceea ce privește toxinele bacteriene, dar, la fel ca majoritatea moleculelor de toxine mai mici, încă trebuie să treacă prin cele trei membrane celulare ale bacteriilor înainte de a scăpa pentru a deteriora gazda. Raunser găsise deja într-un studiu anterior că moleculele de toxină Tc apar în afara bacteriilor. Ceea ce voia să vadă în continuare era cum și când ies din bacteriile care le produc.

Pentru a afla pentru ce fel de mediu este ideal Y. entomophaga pentru a elibera YenTC, bacteriile au fost plasate în medii acide (PH sub 7) și alcaline (PH peste 7). Deși nu au eliberat prea mult în mediul acid, bacteriile au prosperat în PH-ul ridicat al mediului alcalin, iar creșterea PH-ului a determinat-o să elibereze și mai multă toxină. Mediul cu PH mai mare la un gândac este în jurul capătului de mijloc al intestinului său, așa că acum se crede că cea mai mare parte a toxinei este eliberată atunci când bacteriile ajung în acea zonă.

Cum este lansat YenTc a fost mai dificil de determinat. Când echipa de cercetare a folosit spectrometria de masă pentru a arunca o privire mai atentă asupra toxinei, au descoperit că îi lipsește ceva: nu a existat nicio secvență semnal care să indice bacteriilor că proteina trebuie transportată în afara bacteriei. Secvențe de semnal, cunoscute și sub numele de peptide semnal, sunt un fel de etichete încorporate pentru secreție. Ei sunt responsabili de conectarea proteinelor (toxinele sunt proteine) la un complex din membrana celulară cea mai interioară care le împinge. Dar YenTC aparent nu are nevoie de o secvență de semnal pentru a-și exporta toxinele în gazdă.

Pe cale să explodeze

Deci, cum eliberează acest ucigaș de insecte YenTc, cea mai formidabilă toxină a sa? Primul test a fost un proces de eliminare. În timp ce YenTc nu are o secvență semnal, bacteriile au sisteme de secreție diferite pentru alte toxine pe care le eliberează. Raunser a crezut că eliminarea acestor sisteme de secreție folosind editarea genelor ar putea dezvălui care dintre ele este responsabil pentru secretarea YenTc. Fiecare sistem de secreție din Y. entomophaga a fost eliminat până când nu au mai rămas, totuși bacteriile au fost încă capabile să secrete YenTc.

Cercetătorii au folosit apoi microscopia cu fluorescență pentru a observa bacteriile care își eliberează toxina. Ei au introdus o genă care codifică o proteină fluorescentă în gena toxinei, astfel încât bacteriile să strălucească atunci când produc toxina. Deși nu toate Y. entomophaga celulele au produs YenTc, cele care au făcut (și străluceau atât de mult) tindeau să fie mai mari și mai lente. Pentru a induce secreția, pH-ul a fost ridicat la niveluri alcaline. Celulele neproducătoare și-au făcut treaba, dar celulele care exprimă YenTc au luat doar câteva minute să se prăbușească și să elibereze toxina.

Acesta este ceea ce se numește un sistem de secreție litică, care implică ruperea pereților celulari sau a membranelor pentru a elibera toxine.

„Acest exemplu principal de cooperare autodistructivă în bacterii demonstrează că eliberarea de YenTc este rezultatul unei lize controlate strict dedicate eliberării de toxine, mai degrabă decât unui proces tipic de secreție, explicând observația noastră inițial nedumerită a proteinelor extracelulare atipice”, au spus cercetătorii în cadrul studiului. la fel studiu.

Yersinia include și bacteriile patogene care provoacă tuberculoză și ciuma bubonică, boli care au devastat oamenii. Acum că mecanismul de secreție al unuia Yersinia specii a fost descoperită, Raunser dorește să studieze mai multe dintre ele, împreună cu alte tipuri de agenți patogeni, pentru a vedea dacă alții au celule soldat kamikaze care folosesc același mecanism litic de eliberare a toxinelor.

Descoperirea lui Y. entomophagaCelulele care explodează ar putea însemna în cele din urmă tratamente umane care vizează celulele kamikaze. Între timp, măcar putem fi uşuraţi că nu suntem gândaci.

Microbiologia naturii, 2024. DOI: 10.1038/s41564-023-01571-z