Открытие, подробно описанное в онлайн-публикации перед публикацией в Proceedings of the National Academy of Sciences, «было замечательным и неожиданным», — написали восемь соавторов.Исследователи использовали генетические манипуляции и ультрасовременную трехмерную микроскопию, чтобы отслеживать, что происходит, когда болезнетворный микроб первоначально вводится в личинки рыбок данио, организм, который обычно изучается как модель для понимания здоровья и болезней позвоночных, включая человека.Многопрофильная команда физиков, молекулярных биологов и микробиологов сосредоточила свое внимание на возможностях гарпуноподобных инъекций системы секреции типа VI, придатка, обнаруженного у многих бактерий, включая Vibrio cholerae. Он переносит токсичные белки в конкурирующие здоровые клетки.
Ученые сконструировали мутанты Vibrio cholerae с вариациями в этой системе секреции, а затем наблюдали за поведением микробов, когда они вторгались в рыбок данио, колонизированных Aeromonas veronii, местным видом в кишечнике этого животного.Вместо того, чтобы просто убить нативные кишечные бактерии Aeromonas при контакте, как и ожидалось, когда Vibrio cholerae попал в кишечник, нативные бактерии были быстро вымыты.«Система секреции вызвала резкое увеличение силы процесса перистальтики, сокращений, которые перемещают содержимое кишечника по желудочно-кишечному тракту, очень похоже на сжатие тюбика зубной пасты от конца к верху», — сказал соавтор исследования Брайан К. Хаммер. микробиолог Технологического института Джорджии.Исследователи предположили, что неожиданные бактериальные манипуляции в пищеварительной системе могут быть вызваны определенной частью механизма типа VI, который, как известно, связывается с актином, белком клеточного каркаса.
Ученые удалили актин-связывающий домен из бактериального гена и увидели, что Vibrio cholerae утратил способность усиливать перистальтику и способность вытеснять нативные Aeromonas.Полученные данные проливают новый свет на то, как функционирует холерный вибрион, передаваемый через воду.
По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, холерный вибрион вызывает более трех миллионов случаев острых диарейных заболеваний и 100 000 случаев смерти людей во всем мире каждый год.«Знание стратегий, с помощью которых бактерия может проникать в кишечник, может открыть двери для методов лечения, которые могут нарушить эти пути», — сказал автор-корреспондент Рагувер Партасарати, профессор физики в Университете Орегона, чьи методы визуализации и анализа использовались в изучение.
Поскольку система секреции типа VI также содержится в нативных кишечных бактериях, в том числе в микробиоме кишечника человека, она потенциально может быть использована для лечения, включая специально разработанные пробиотики, для популяризации полезных видов или защиты от вторжения болезней, сказал Хаммер из Georgia Tech. .«Мы подозреваем, что другие кишечные микробы, как патогенные, так и полезные, могут аналогичным образом использовать эту систему секреции для изменения своей среды», — сказал Партхасарати.Большинство предыдущих исследований этой системы секреции основывалось на изучении бактерий вне животных, например, на чашке Петри, или на изучении образцов фекалий, чтобы сделать вывод о том, что происходит в кишечнике во время инфекции.Хотя исследовательская группа зафиксировала влияние инвазии холерного вибриона, понимание того, как он внедряется в организме хозяина, например, какие именно клетки животного являются мишенью, остается открытым вопросом, сказал Партасарати.«Мы до сих пор не знаем, как действие гарпуна этой системы секреции вызывает изменения в мышечных сокращениях», — сказал Хаммер. «Мы подозреваем, что то, что мы наблюдаем, может быть иммунным ответом на раздражение слизистой оболочки кишечника, но какие клетки в кишечнике протыкаются?»
Как результаты могут отражать колонизацию холерного вибриона у людей, неизвестно, но роль системы секреции делает аналогичный результат правдоподобным, пишут исследователи в своем заключении.Результаты были получены в результате сотрудничества, рожденного в 2015 году, когда Хаммер, Партасарати и соавтор Жоао Ксавье, исследователь из Мемориального онкологического центра Слоуна-Кеттеринга, обсудили возможности совместных исследований во время конференции Scialog: Molecules Come to Life в Тусоне, штат Аризона. .Scialog (Наука и диалог) был организован Исследовательской корпорацией по развитию науки и спонсировался совместно с Фондом Гордона и Бетти Мур при дополнительной поддержке Фонда Саймонса.
Цель Scialog — быстро стимулировать создание новых междисциплинарных коллективных команд, таких как созданная Хаммером, Партасарати и Ксавьером, для работы над проектами с высоким риском и высокой наградой, которые появляются в результате диалога.В результате три их лаборатории получили награды от Фонда Гордона и Бетти Мур и Фонда Саймонса за реализацию своей идеи Scialog. Национальный научный фонд, Национальные институты здравоохранения, благотворительный фонд М.Дж.
Мердока и Kavli Microbiome Ideas Challenge также поддержали исследование.