Mae arfau Salmonella yn ddiamheuol

Mae bacteria fel salmonella yn heintio eu celloedd cynnal trwy brosesau tebyg i nodwyddau sy'n eu hadeiladu i fyny mewn niferoedd mawr yn ystod ymosodiad. Gyda dulliau newydd eu datblygu o ficrosgopeg cryo-electron, llwyddodd ymchwilwyr Fienna o amgylch Thomas Marlovits i ddatrys strwythur yr offer haint hwn yn yr ystod ger-atomig. Dylai gwybodaeth am yr union lasbrint helpu i ddatblygu cyffuriau sy'n atal yr haint.

“Sesame agored” ar gyfer bacteria

Pla, teiffws, colera - mae rhai o'r clefydau mwyaf dinistriol yn cael eu hachosi gan facteria sydd ag un peth yn gyffredin: mae ganddyn nhw system heintus effeithlon sydd bron yn ddiguro fel arf. Pan fyddant yn heintio cell corff, maent yn cronni nifer o strwythurau gwag tebyg i nodwydd sy'n ymwthio allan o'r plisgyn bacteriol. Trwy'r nodwyddau hyn, maent yn chwistrellu sylweddau signalau i'r celloedd cynnal, sy'n eu hailraglennu a goresgyn eu hamddiffynfeydd. O hyn ymlaen, mae gan y pathogenau amser hawdd ohono a gallant dreiddio i'r celloedd yn ddirwystr mewn niferoedd mawr.

Mae'r biocemegydd a'r bioffisegydd Thomas Marlovits, arweinydd grŵp yn sefydliadau Fienna IMP (Sefydliad Ymchwil Patholeg Foleciwlaidd) ac IMBA (Sefydliad Biotechnoleg Moleciwlaidd Academi Gwyddorau Awstria), wedi bod yn gweithio ar gyfadeilad heintiad Salmonela ers sawl blwyddyn. Eisoes yn 2006 roedd yn gallu disgrifio sut mae cyfadeilad nodwyddau Salmonela typhimurium yn cael ei adeiladu (Natur 441, 637-640). Mae ef a’i fyfyriwr doethurol Oliver Schraidt bellach wedi llwyddo i ddarlunio’r strwythur tri dimensiwn mewn cydraniad hynod o uchel. Llwyddodd y tîm i ddelweddu manylion gyda dimensiynau o 5-6 angstrom - meintiau atomig bron. Cyflwynir y gwaith yn rhifyn cyfredol y cylchgrawn gwyddonol Science.

Fel y gwelir, felly dinistrio

Nid yw offeryn heintus Salmonela erioed o'r blaen wedi'i ddarlunio mor fanwl gywir. Cyflawnwyd hyn trwy ddefnyddio microsgopeg cryo-electron cydraniad uchel a meddalwedd delweddu a ddatblygwyd yn arbennig ar y cyd. Mae’r “microsgop oeraf yn Awstria” yn caniatáu i samplau biolegol gael eu rhewi â sioc ar finws 196 gradd a’u gweld yn y wladwriaeth hon mewn cyflwr di-oed i raddau helaeth. Fodd bynnag, wrth i'r gwyddonwyr glosio'n agosach fyth ar eu gwrthrych, maent yn wynebu problem ddyrys: mae'r pelydryn electronau ynni uchel yn disgyn ar y sampl mewn modd mor gryno fel ei fod yn cael ei ddinistrio gyda'r ddelwedd gyntaf.

Fe wnaeth yr ymchwilwyr Fiennaidd ddatrys y broblem gydag algorithmau prosesu delweddau a'r màs enfawr o ddelweddau. Fe wnaethon nhw ddadansoddi tua 37 o ddelweddau o gyfadeiladau nodwyddau ynysig. Cafodd delweddau tebyg eu grwpio gyda'i gilydd a'u gwrthbwyso yn erbyn ei gilydd; Yn y modd hwn, gellir cynhyrchu un ddelwedd dri-dimensiwn miniog o nifer o recordiadau swnllyd iawn. Darparwyd y pŵer cyfrifiadurol enfawr gan glwstwr o tua 000 o gyfrifiaduron wedi'u cysylltu â'i gilydd.

Microsgopeg heb darfu ar bobl

Er mwyn cyflawni'r nifer fawr o ddelweddau, gwnaeth y microsgop rywfaint o'r gwaith yn awtomatig gyda'r nos. Mae gan hyn fanteision sylweddol, oherwydd dim ond rhwystr y mae pobl yn ei gael. Maen nhw'n anadlu, siarad a symud, gan ysgwyd y microsgop cain. Gall hyd yn oed elevator symudol lidio'r pelydr electron.

Y microsgop cryo-electron yn yr IMP-IMBA yw'r unig un o'i fath yn Awstria. Mae lefel uchel yr ymdrech dechnegol sy'n gysylltiedig â'i weithrediad yn dwyn ffrwyth i'r ymchwilwyr. Roedd mynd i'r ystod is-nanomedr yn rhoi cyfle arall iddynt fireinio eu canfyddiadau. Roeddent yn gallu “ffitio” data presennol a gafwyd trwy grisialu i mewn i strwythur y nodwydd ac felly ategu'r ddelwedd tri dimensiwn yn berffaith. Gan ddefnyddio'r dull hybrid hwn, fe wnaethant lwyddo i egluro glasbrint cyfan y cyfarpar heintus.

I Thomas Marlovits, mae’r dechnoleg yn hwb i arloesi: “Gyda’r dulliau a ddatblygwyd gennym ar gyfer ein gwaith, roeddem yn gallu sefydlu’r broses ddelweddu ar lefel uchel. Gallwn ddefnyddio’r seilwaith gwych sydd ar gael yma ar Gampws Bioganolfan Fienna i’r eithaf.”

Mae’r canfyddiadau nid yn unig yn hybu ymchwil sylfaenol, meddai Marlovits: “Mae’n bosibl, ar sail ein data, y gellir datblygu sylwedd sy’n integreiddio ei hun i’r cyfadeilad nodwydd ac yn amharu ar ei swyddogaeth. Yna byddai gennym ni gyffur effeithiol iawn - nid yn unig yn erbyn salmonela, ond hefyd yn erbyn pathogenau eraill sy'n defnyddio'r system hon, fel y rhai sy'n achosi colera, pla a theiffws."

Gwaith gwreiddiol:

“Model Tri Dimensiwn o Gymhleth Nodwyddau Salmonela ar Gydraniad Subnanometer”. Oliver Schraidt & Thomas C. Marlovits, Gwyddoniaeth, Mawrth 4.3.2011, XNUMX.

Thomas Marlovits

Daw'r biocemegydd a'r bioffisegydd Thomas Marlovits o Rechnitz yn Burgenland. Ers 2005 mae wedi bod yn arweinydd grŵp ar y cyd rhwng y sefydliadau partner IMP ac IMBA. Cyn hynny, cynhaliodd ymchwil ôl-ddoethurol ym Mhrifysgol Iâl am bum mlynedd. Mae Marlovits yn gweithio ar strwythur a swyddogaeth peiriannau moleciwlaidd a dechreuodd ymchwilio i system heintus Salmonela yn Iâl, a barhaodd yn yr IMP-IMBA.

Ariennir gwaith ymchwil Thomas Marlovits, ymhlith pethau eraill, fel rhan o “Spotiau Rhagoriaeth Fienna” o’r enw “Canolfan Nanostrwythur Moleciwlaidd a Cellog Fienna (CMCN)”, y mae Marlovits yn gyfarwyddwr arno. Mae'r fenter hon gan Ddinas Fienna yn cefnogi prosiectau ymchwil y mae cwmnïau a sefydliadau gwyddonol yn cymryd rhan ynddynt.

Mae'r Sefydliad Ymchwil IMP ar gyfer Patholeg Foleciwlaidd yn cynnal ymchwil sylfaenol yn y gymdeithas fusnes ryngwladol Boehringer Ingelheim. Mae IMBA - Sefydliad Biotechnoleg Foleciwlaidd yn sefydliad ymchwil sylfaenol o Academi Gwyddorau Awstria. Mae'r ddau sefydliad wedi'u lleoli ar gampws Biocenter Fienna ac wedi'u cysylltu trwy gydweithrediad ymchwil.

Ffynhonnell: Fienna [IMBA]