Оръжията на салмонела са разкрити
Бактерии като салмонела инфектират клетките си гостоприемник чрез игловидни процеси, които натрупват в голям брой по време на атака. Използвайки новоразработени методи на криоелектронна микроскопия, изследователи във Виена, ръководени от Томас Марловиц, успяха да разрешат структурата на този инфекциозен апарат в почти атомен диапазон. Познаването на точния план трябва да помогне за разработването на лекарства, които ще предотвратят инфекцията.
"Отворен сусам" за бактерии
Чума, тиф, холера - някои от най-опустошителните болести се причиняват от бактерии, които имат едно общо нещо: имат ефикасен инфекциозен апарат, който е почти непобедим като оръжие. Когато нахлуят в телесна клетка, те изграждат множество кухи игловидни структури, които излизат от бактериалната обвивка. Чрез тези игли те инжектират сигнализиращи вещества в клетките гостоприемници, които ги препрограмират и преодоляват защитата им. От този момент нататък патогените имат лесно време и могат безпрепятствено да проникнат в клетките в големи количества.
Биохимикът и биофизикът Томас Марловиц, ръководител на групата във виенските институти IMP (Изследователски институт за молекулярна патология) и IMBA (Институт за молекулярна биотехнология на Австрийската академия на науките), се занимава с инфекциозния комплекс на Salmonella от няколко години. Още през 2006 г. той успя да опише как се осъществява структурата на игления комплекс на Salmonella typhimurium (Nature 441, 637-640). Сега той и неговият докторант Оливър Шрайд са успели да изобразят триизмерната структура в изключително висока резолюция. Екипът успя да визуализира детайли с размери от 5-6 ангстрьома - това са почти атомни размери. Работата е представена в текущия брой на научното списание Science.
Както видяно, така и унищожено
Никога досега инструментът за заразяване със салмонела не е бил изобразяван с такава прецизност. Това беше постигнато чрез комбинираното използване на криоелектронна микроскопия с висока разделителна способност и специално разработен софтуер за изображения. „Най-готиният микроскоп в Австрия“ позволява биологични проби да бъдат шоково замразени при минус 196 градуса и да се гледат в това състояние до голяма степен непроменени. Учените обаче се борят с коварен проблем, докато „приближават“ своя обект все повече и повече: високоенергийният електронен лъч пада толкова концентриран върху пробата, че се унищожава отново с първото изображение.
Виенските изследователи решиха проблема с алгоритми за обработка на изображения и с огромното количество изображения. Те анализираха около 37 000 изображения на изолирани иглени комплекси. Подобни изображения бяха комбинирани и изместени едно спрямо друго; по този начин може да се генерира едно, рязко триизмерно изображение от многобройни, много шумни записи. Огромната изчислителна мощност беше осигурена от клъстер от около 500 взаимосвързани компютъра.
Микроскопирайте без да безпокоите хората
За да се постигнат големия брой изображения, микроскопът извършваше част от работата автоматично през нощните часове. Това има значителни предимства, защото хората само пречат. Те дишат, говорят и се движат, разклащайки чувствителния микроскоп. Дори движещ се асансьор може да раздразни електронния лъч.
Криоелектронният микроскоп в IMP-IMBA е единственият по рода си в Австрия. Високото ниво на технически усилия, свързани с неговата работа, се отплаща на изследователите. Проникването в субнанометровия диапазон им даде още една възможност да прецизират своите открития. Те успяха да „вместят“ съществуващите данни, получени чрез кристалография, в структурата на иглата, като по този начин перфектно допълниха триизмерното изображение. С този хибриден метод те успяха да изяснят пълния план на инфекциозния апарат.
За Томас Марловиц технологията представлява тласък в иновациите: „С методите, които сме разработили за нашата работа, успяхме да установим процеса на „изображение“ на високо ниво. Можем да използваме фантастичната инфраструктура, която имаме тук в Campus Vienna Biocenter до нейните граници.“
Констатациите не само напредват в основните изследвания, казва Марловитс: „Възможно е въз основа на нашите данни да бъде разработено вещество, което се вгражда в комплекса на иглата и нарушава неговата функция. Тогава ще имаме много ефективно лекарство – не само срещу салмонела, но и срещу други патогени, които използват тази система, като тези, които причиняват холера, чума и коремен тиф.
Оригинална идея:
„Триизмерен модел на игления комплекс на Salmonella при субнанометрова разделителна способност“. Оливър Шрайд и Томас С. Марловиц, Наука, 4.3.2011 март XNUMX г.
Томас Марловиц
Биохимикът и биофизикът Томас Марловиц идва от Рехниц в Бургенланд. От 2005 г. е съвместен ръководител на групата на партньорските институти IMP и IMBA. Преди това той прекарва пет години като постдокторант в университета Йейл. Марловиц се занимава със структурата и функцията на молекулярните машини и започва да изучава апарата за заразяване със Salmonella в Йейл, което продължава в IMP-IMBA.
Изследователската работа на Томас Марловитс се финансира, наред с други неща, като част от „Виенски места за отлични постижения“, озаглавен „Център за молекулярна и клетъчна наноструктура Виена (CMCN)“, който Марловитс оглавява. Тази инициатива на град Виена подкрепя изследователски проекти, в които участват както компании, така и научни институции.
IMP - Изследователски институт за молекулярна патология провежда фундаментални изследвания в международната група компании Boehringer Ingelheim. IMBA − Институт за молекулярна биотехнология е основен изследователски институт на Австрийската академия на науките. Двата института се намират в Биоцентъра на Campus Vienna и са свързани чрез изследователско сътрудничество.
Източник: Виена [ IMBA ]
