Imagini noi dezvăluie detalii despre seringile moleculare ale a două bacterii

Unele bacterii poartă seringi minuscule pline cu substanțe chimice care pot diminua concurenții sau pot împiedica prădătorii. Acum, cercetătorii au obținut vederi de aproape ale acestor seringi, cunoscute din punct de vedere tehnic ca sisteme de injecție contractilă, de la un tip de cianobacterii și o bacterie marine.

Înțelegerea modului în care funcționează părțile cheie ale seringilor moleculare îi poate ajuta pe oamenii de știință să-și elaboreze propriile nanomașini. Mașinile de injectare artificială ar putea direcționa antibioticele împotriva bacteriilor dăunătoare, lăsând microbii prietenoși neatinsi.

Genele care codifică piese ale mașinilor de injectare se găsesc în multe specii bacteriene. Dar, „doar uitându-ne la gene, este destul de greu de prezis cum funcționează aceste sisteme de injecție contractilă”, spune Gregor Weiss, biolog structural celular la ETH Zurich.

Așa că Weiss și colegii sai au examinat seringile bacteriene folosind microscopia crio-electronică, în care celulele sunt congelate rapid pentru a captura structurile celulare așa cum arată de obicei în natură (SN: 22/06/17).

Anterior, cercetătorii au găsit seringi ancorate în membranele exterioare ale unor bacterii, unde bacteriile își pot arunca sarcina utilă în celulele în care se lovesc. Injectoarele altor specii își aruncă conținutul în mediu.

Dar într-un tip de cianobacterie numit Anabaenaseringile sunt într-un loc neobișnuit, cuibărite în membrana structurii interne unde bacteriile efectuează fotosinteza, raportează Weiss și colegii în martie. Microbiologia naturii. Îngropat în interiorul celulelor, „este greu de imaginat cum [the syringes] ar putea ieși și interacționa cu organismul țintă”, spune Weiss.

imagine prin microscopie crio-electronică a unui sistem de injecție moleculară în interiorul unei celule
Oamenii de știință au fost surprinși să găsească sisteme de injecție, precum cel prezentat în această imagine de microscopie crio-electronică (săgeată), de la cianobacterie Anabaena în membranele din interiorul celulei bacteriene, în loc să împingă membrana exterioară.GL Weiss et al/Microbiologia naturii 2022

Anabaena își poate folosi seringile împotriva sa pentru a declanșa moartea celulară programată atunci când cianobacteriile sunt stresate. În experimentele echipei, lumina ultravioletă sau nivelurile ridicate de sare din apă au declanșat unele seringi să își arunce sarcina utilă. Asta a dus la moartea unora Anabaena celule din lanțurile lungi în care cresc cianobacteriile, formând „celule fantomă” goale.

Celulele fantomă își revarsă peretele și membrana exterior, expunând seringile nearse din membrana interioară spre exterior. Fantomele pot acționa ca niște cai troieni, livrând încărcătura lor mortală prădătorilor sau concurenților, presupune echipa. Cercetătorii nu au descoperit încă care organisme sunt ținta probabilă Anabaena’seringile s.

În interiorul unui tip de bacterii marine numite Algoriphagus machipongonensis, povestea este puțin diferită. Aici, seringile au o arhitectură diferită și plutesc neacostate în celula bacteriană, raportează Charles Ericson și colegii de la ETH Zurich în martie. Microbiologia naturii. Injectoarele se găsesc și în lichidul în care bacteriile sunt crescute în laborator, dar modul în care ies din celulă este un mister. Poate că sunt eliberate atunci când bacteriile mor sau sunt mâncate de un prădător, spune Ericson.

Echipa a găsit, de asemenea, două proteine ​​încărcate în interiorul algorifag seringi, dar nu se știe ce fac acele proteine. Cercetătorii au încercat inginerie genetică E coli pentru a produce una dintre proteine, dar ucide bacteriile, spune coautorul studiului Jingwei Xu, tot la ETH Zurich.

sus: seringă a cianobacteriei Anabaena.  jos: seringă a bacteriei marine Algoriphagus machipongonensis
Atât cianobacteriile Anabaena si bacteria marina Algorifag machipongonensis au seringi moleculare cu o teacă întinsă peste un tub interior plin cu substanțe chimice, așa cum se vede în aceste reconstrucții. Seringile cianobacteriei (una în partea de sus) sunt ancorate de o membrană din interiorul celulei bacteriene. Unele semnale, cum ar fi stresul, determină deschiderea unui inel de la baza seringii, iar tubul interior iese. Seringile bacteriei marine (partea de jos) plutesc liber în interiorul celulei. Fibrele scurte de la baza sa (albastre) pot declanșa ejectarea tubului său atunci când se fixează pe un organism țintă.Sus: GL Weiss et al/Microbiologia naturii 2022, jos: J. Xu et al/Microbiologia naturii 2022

Comparând structurile seringilor de la diferite specii, cercetătorii au identificat anumite structuri din interiorul mașinilor care sunt similare, dar ușor diferite de la specie la specie. Învățarea modului în care aceste modificări schimbă modul în care funcționează injectoarele le poate permite cercetătorilor să încarce diferite încărcături în tuburi sau să vizeze seringile împotriva anumitor bacterii sau alte organisme. „Acum avem planul general”, spune Ericson, „putem să-l reproiectăm?”